KR102195887B1 - 식생수로형 고도 수질정화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템은, 단면이 사각형이며, 상부면이 개방되어 수면 높이에서 일정 깊이까지 정체구역을 형성하며, 상부 공간을 식생공간으로 이용가능한 유입부, 식생수로 및 유출부를 포함하며, 상기 식생수로는 소정 크기의 단위구조체를 연결하여 구성되는 수로본체; 상기 수로본체 상부에 형성된 식생공간에 식물을 식재하는 식생층; 상기 식생층 하부의 일정 구역에 조성되되 물의 흐름방향에 수직하게 설치되는 다수의 일반끈상 여재로 이루어진 일반여재층; 상기 식생수로 말단부에 위치하며, 상기 일반여재층과 다른 일정 구역에 조성되되 물의 흐름방향에 수직하게 설치되는 다수의 인흡착끈상 여재로 이루어진 인흡착여재층; 및 상기 일반여재층과 상기 인흡착여재층 사이에 설치되어 공기를 공급하는 공기공급부;를 포함하며, 상기 식생공간에는 수경재배가 가능한 식물을 식재가능하며, 상기 식생공간에는 수경재배가 가능한 식물로 부유식물, 정수식물 및 화훼식물이 식재되는 식생층이 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

식생수로형 고도 수질정화시스템{Advanced water purification system with vegetation channel type}

본 발명은 식재수로형 고도 수질정화시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고도처리가 필요한 하폐수처리시설 유출수, 초기 우수저류조 유출수, 오염된 하천호소수 등의 오염수 중에 포함된 유기물질, 질소 및 인 등의 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있는 식생수로형 고도 수질정화시스템에 관한 것이다.

하천, 호소 등 공공수역의 오염방지 및 수질개선을 위해 그동안 출처가 명확한 하폐수 등 점오염원 관리에 필요한 처리시설들이 대규모부터 중소규모까지 많이 확충되어 왔고 처리시설에서 배출되는 수질에 대한 기준도 지속적으로 강화되어 왔다.

또한, 근래에는 건기 시 지표상에 축적되어 있다가 우수와 함께 배출되는 출처가 불명확한 비점오염원의 관리에 필요한 비점오염저감시설들이 확충되어 가고 있다.

이러한 노력에도 불구하고 공공수역에 배출되는 오염원을 원천적으로 차단하는 것은 불가능하기 때문에 하절기에 조류가 번성하는 등 수역의 부영양화문제를 겪고 있다.

수계를 오염시키는 대표적인 오염물질로는 유기물, 질소 및 인을 들 수 있는데, 유기물은 수중의 용존산소를 소모시켜 혐기화에 따른 악취문제를 발생시키고, 질소와 인은 수계의 부영양화를 유발시켜 조류의 번식을 촉진시키는 문제를 발생시킨다.

이들 오염물질은 생물학적 처리과정에서 유기물의 경우 미생물의 이화작용과 동화작용을 통해 비교적 용이하게 제거되는 반면에, 질소와 인의 경우에는 유기물과 제거 메카니즘이 다르기 때문에 상대적으로 제거가 어려우며, 특히 인의 경우에는 질소보다 수계의 부영양화에 미치는 영향이 큰 물질로 알려져 있으나 생물학적 처리만으로 목표로 하는 기준에 도달되기 어려워 화학적인 처리와 병행하기도 한다.

따라서 공공수역의 수질오염을 가능한 한 방지하고 수질을 개선시키기 위해서 점오염원과 비점오염원에서 배출되어 일정 규모의 처리시설에서 처리과정을 거쳤더라도 처리가 미흡하여 추가적인 처리가 필요한, 즉, 유기물, 질소 및 인을 추가적으로 제거할 수 있는 고도처리가 필요한 오염수를 최종 공공수역에 유입되기 전에 효율적으로 제거할 수 있는 수단이 필요하다.

이와 아울러 오염된 하천수나 호소수의 경우에는 그 자체를 효율적으로 정화할 수 있는 수단이 필요하다.

고도처리가 필요한 오염수의 예로는 고도처리시설이 미비된 중소규모 하폐수처리시설 유출수(이하 "하폐수처리장 유출수"), 초기 우수 저류시설 유출수(이하 "우수저류조 유출수"), 오염된 하천호소수 등을 들 수 있다.

상기 오염수들을 처리하기 위한 시설로는 대규모 투자가 필요한 기계적인 처리시설보다는 자연생태시스템을 활용하여 미생물과 식물에 의해 오염물질을 제거하는 처리시설이 바람직하여 다양한 형태의 인공습지가 개발되어 왔으며, 이 중 수로형 습지는 하층에 여재층을, 상층에 식생층을 구성한 수로내에 오염수를 유입시켜 여재, 식물, 미생물 등의 작용에 의해 오염수 중의 유기묽, 질소, 인 등을 제거하는 공법이다.

다만, 기존 수로형 인공습지의 경우 여재층 및 식생층의 구성 형태에 따라서 하천의 제방 및 제방 내외지, 농수로, 하수처리장 부지 내, 호소나 우수저류지 주변 부지 등 부지상황에 적합하도록 수로를 다양하게 배치하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 수로형 습지는 수로 상부에 식재하는 수생식물만으로 원하는 정도의 질소와 인을 제거하려면 사시사철 일정한 수생식물이 유지되어야 하며, 넓은 수로면적이 필요하기 때문에 이를 보완할 수 있는 적절한 시스템 구성이 필요하다.

또한, 수로형 식생조의 구성에 따라서 유기물 제거 면에서 불리하거나 미생물이 과잉 번식하여 여재층이 폐색되거나, 여재층이 질소나 인을 제거하는 효율이 떨어지거나 일정 시간이 경과하면 인의 제거효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 수로형 식생조에 있어서 질소 제거효율을 향상시키기 위하여 질산화와 탈질작용을 활발하게 발생시킬 수 있는 구조를 구현하는데 어려움이 있다.

또한 수로형 식생조에 있어서 수로의 면적이 넓거나 구조가 복잡한 경우에 식생상자 및 여재의 설치 및 교체가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고도처리가 필요한 하폐수처리장 유출수, 우수저류조 유출수, 오염된 하천호소수 등을 수로 상부에 식물을 식재하는 식생층과 그 하부에 여재를 충진하는 미생물여재층로 구성되는 식생수로형 인공습지를 이용하여 수질 정화할 때, 상기 식생층과 여재층이 폐색되지 않고 유기물 이외에 질소와 인을 고효율적으로 처리할 수 있으며, 동시에 질소와 인을 효율적으로 처리할 수 있도록 공기유도판의 구성에 의해 각각의 상부 수역은 일정깊이까지 수평 흐름과 수직흐름을 차단하여 정체수역이 형성할 수 있는 식생수로형 고도 수질정화시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 모든 구성요소들이 가급적 일정규격으로 모듈화되어 조립식으로 결합설치하게 함으로써 시공이 용이하고 식물 및 여재의 교체 등 유지 관리 시 편리한 작업을 수행할 수 있는 식생수로형 고도 수질정화시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 식재면적을 가능한 한 최대화하고 식재식물들을 정수식물, 부유식물, 수경재배가 가능한 화훼식물 등으로 다양하게 구성하며, 수로를 비닐하우스 등으로 온실화 함으로써 수질정화와 아울러 자연생태학습장의 기능을 제공할 수 있는 식생수로형 고도 수질정화시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 하천의 제방 및 제방 내외지, 농수로, 하수처리장 부지 내, 호소나 우수저류지 주변 부지 등, 상황에 따라 수로를 다양한 형태로 배치하여 오염수의 수질을 정화할 수 있는 식생수로형 고도 수질정화시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템은 단면이 사각형이며, 상부면이 개방되어 수면 높이에서 일정 깊이까지 정체구역을 형성하며, 상부 공간을 식생공간으로 이용가능한 유입부, 식생수로 및 유출부를 포함하며,
상기 식생수로는 소정 크기의 단위구조체를 연결하여 구성되는 수로본체; 상기 수로본체 상부에 형성된 식생공간에 식물을 식재하는 식생층; 상기 식생층 하부의 일정 구역에 조성되되 물의 흐름방향에 수직하게 설치되는 다수의 일반끈상 여재로 이루어진 일반여재층; 상기 식생수로 말단부에 위치하며, 상기 일반여재층과 다른 일정 구역에 조성되되 물의 흐름방향에 수직하게 설치되는 다수의 인흡착끈상 여재로 이루어진 인흡착여재층; 및 상기 일반여재층과 상기 인흡착여재층 사이에 설치되어 공기를 공급하는 공기공급부;를 포함하며,
상기 식생공간에는 수경재배가 가능한 식물을 식재가능하며,
상기 식생공간에는 수경재배가 가능한 식물로 부유식물, 정수식물 및 화훼식물이 식재되는 식생층이 구성되고,
상기 일반여재층 및 상기 인흡착여재층은 각각 일반끈상여재와 인흡착끈상여재가 일정간격을 두고 다수개 상하로 연결되게끔 구성한 일반여재모듈과 인흡착여재모듈을 포함하며,
상기 일반여재모듈 및 상기 인흡착여재모듈은 다수개를 소정 간격을 두고 거치할 수 있도록 하는 복수개의 여재지지대와, 상기 여재지지대를 연결하여 고정하는 결합수단을 포함하고,
상기 유입부는 수면보다 높은 위치에서 수면 밑 일정깊이까지 오염수유입구 측에 횡방향에 걸쳐 설치되는 격벽과 상기 수면에서 일정 깊이 이하에 설치되는 오염수유출구를 구비하며,
상기 유출부는 상기 수면에서 일정 깊이 이하에 설치되는 처리수유입구와 상기 수면보다 높은 위치에서 수면 밑 일정깊이까지 처리수유입구와 처리수유출구 측에 각각 횡방향으로 설치되는 격벽을 구비하며,
상기 식생수로는 상기 여재지지대를 상기 수면에서 일정 깊이 밑에 수직으로 일정길이 횡방향에 걸쳐 소정의 간격을 두고 설치하며,
상기 공기공급부는 상기 일반여재층과 상기 인흡착여재층 사이 상기 식생수로 바닥에 설치되고 외부의 공기공급장치와 연결되어 공기를 공급하는 산기관과, 상기 산기관 상부측에 위치한 여재지지대들 사이에 고정되어 수평으로 설치되는 공기유도판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템은 유입부, 식생수로, 유출부로 구성되며, 상기 유입부, 식생수로 및 유출부는 모두 상부면이 개방되고 물의 흐름이 수면에서 일정깊이까지 정체수역을 형성할 수 있도록 구성되어, 상부 공간은 모두 식생공간으로서 활용될 수 있고 수경재배가 가능한 어떠한 식물도 식재가능한 재배환경이 조성될 수 있다.

상기 유입부, 식생수로 및 유출부는 수면에서 일정 깊이까지 상부 수역에서 물의 수평 흐름과 수직흐름이 차단되고 그 이하의 하부 수역으로만 물이 흐르도록 구성됨으로써 각각의 상부 수역에 일정 깊이의 정체수역이 형성될 수 있다.

즉, 상기 유입부는 침사조내에 수면보다 높은 위치에서 수면 밑 일정깊이까지 오염수유입구 측에 횡방향에 걸쳐 설치되는 격벽과 수면에서 일정 깊이 이하에 설치되는 오염수유출구의 구성에 의해, 상기 유출부도 마찬가지로 수면에서 일정 깊이 이하에 설치되는 처리수유입구와 침전조내에 수면보다 높은 위치에서 수면 밑 일정깊이까지 처리수유입구와 처리수유출구 측에 각각 횡방향으로 설치되는 격벽의 구성에 의해, 또한 식생수로는 수면에서 일정 깊이밑에 수직으로 일정길이 횡방향에 걸쳐 소정의 간격을 두고 설치되는 다수개의 여재지지대와 산기관 상부 쪽으로 상기 여재지지대에 수평으로 설치되어 공기의 상향흐름을 수평으로 유도하는 공기유도판의 구성에 의해, 각각의 상부 수역은 일정깊이까지 수평 흐름과 수직흐름이 차단되어 정체수역이 형성될 수 있다.

또한 상기 식생수로는 소정 크기의 단위구조체를 다수개 연결하여 설치되는 수로본체: 상기 수로본체 상부에 형성되는 식생공간에 식물을 식재하는 식생층: 상기 식생층 하부에 설치되며, 다수의 일반끈상여재가 수직으로 설치되고, 수평방향으로 물이 흐르며, 일정 구역으로 나뉘어 다수개 조성되는 일반여재층: 상기 일반여재층과 동일하게 구성되나 상기 일반끈상여재 대신에 인흡착끈상여재가 설치되는 인흡착여재층: 및 상기 일반여재층 또는 인흡착여재층 사이에 소정의 간격을 두고 설치되어 공기를 공급하는 공기공급부를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 상기 식생수로에는 이물질 제거 등을 위한 점검용 맨홀이 더 포함되어 구성될 수 있다. 따라서 오염수가 유입부를 통해 유입되어 식생층, 일반여재층, 공기공급층 및 인흡착여재층을 거쳐 유출부를 통해 최종 유출되는 과정에서, 오염수중에 포함된 유기물은 공기공급층으로부터 공급되는 공기에 의해 유지되는 호기성상태에서 비표면적이 매우 큰 상기 일반끈여재 및 상기 인흡착끈상여재에 부착된 다량의 미생물에 의해 고효율적으로 분해될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템는, 상기 공기공급부가 오염수의 흐름방향으로 소정의 간격을 두고 설치되어, 상기 식생수로내 상기 일반끈상여재층 및 상기 인흡착끈상여재층은 공기가 전달되는 호기지역과 공기가 전달되지 못하는 무산소 지역이 반복적으로 존재하게 된다. 이로 인해 호기지역에서의 생물학적 질산화와 무산소지역에서의 생물학적 탈질화가 반복적으로 수행됨으로써 오염수 중의 질소가 효율적으로 제거될 수 있다. 오염수 중의 질소는 또한 식생부의 식물에 의해 무기질소가 섭취되어 효율적으로 제거될 수 있다.

또한 오염수 중의 인은 식생부의 식물에 의해 흡수되어 제거될 뿐만 아니라, 인흡착여재층의 인흡착끈상여재에 의해서 효율적으로 제거될 수 있다.

상기와 같은 해결수단들을 통해 본 발명은 오염수 중의 유기물, 질소 및 인을 고효율적으로 제거할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템는, 상부 공간이 모두 식생공간으로서 활용될 수 있고 상기 식생공간은 수경재배가 가능한 어떠한 식물도 식재가능한 재배환경이 조성될 수 있다. 따라서 식생 공간을 최대한 활용하여 다양한 종류의 식물로 식생층을 구성함으로써, 예를 들어 부유식물, 정수식물, 수경재배가 가능한 화훼식물 등을 조합하여 식재함으로써 수려한 조경공간을 창출할 수 있고, 본 발명의 장치를 둘러싸고 사람들이 왕래할 수 있는 온실공간을 조성함으로써 동절기에도 고효율의 수질정화와 아울러 식생유지가 가능하기 때문에 사계절 사람들이 방문가능한 자연생태학습장으로서의 기능을 충분히 제공할 수 있다.

상기 식생공간에 정수식물 등 식생기반부재가 필요한 식물로 식생층을 구성하는 경우 식재기반부재로서 전체적으로 모래층을 두지 않고 천연재료로 지지되는 개별 식재포트를 사용함으로써 식생공간이 폐색되는 문제를 해결 할 수 있다.

또한 상기 일반끈상여재 및 상기 인흡착끈상여재는 비표면적이 커서 다량의 미생물을 보유할 수 있는 반면에 일정 간격을 두고 수직으로 설치됨으로써 충분한 통수공간을 확보할 수 있어 상기 일반여재층 및 인흡착여재층이 폐색되는 문제점을 해결할 수 있다.

상기 식생수로를 구성하는 수로본체는 서로가 결합가능한 단위구조체를 사전에 성형제작하고 현장에서 각각을 연결하여 구성할 수 있다. 또한 상기 일반여재층과 상기 인흡착여재층은 끈상의 일반여재와 인흡착여재를 설치함에 있어서, 소정 길이의 봉 형상을 갖는 상부거치대 및 하부지지체, 및 그들 사이에 원하는 설치높이로 일정간격을 두고 상하로 연결되는 다수개의 끈상여재를 포함하는 여재모듈을 제작하고, 상기 식생수로내에는 상기 상부거치대의 양단이 거치될 수 있는 여재지지재를 수로방향으로 일정간격을 두고 다수개 설치하며. 현장작업시 상기 상부거치대의 양단이 복수의 여재지지대 사이에 거치되도록 하고 결합수단에 의해 상부거치대 양단과 여재지지대를 고정함으로써 여재를 설치할 수 있다.

상기 상부거치대는 상기 여재지지대 사이에 거치될 수 있는 길이를 갖으며, 상기 하부지지체는 상기 여재지지대 사이를 통과할 수 있도록 상기 상부거치대보다 작은 길이를 갖도록 제작될 수 있다.

또한 상기 여재지지대는 상기 식생수로 내 정해진 위치에 수직 설치될 수 있도록 하기 위해 여재지지대 양단을 벽에 결합시킬 수 있는 구조로 제작하고 양단을 수로본체에 결합수단에 의해 고정시킬 수도 있으나 수로본체 성형 시 내측 양측면의 정해진 위치에 미리 홈을 마련하고 상기 여재지지대 양단을 상기 홈에 삽입하는 방식을 통해 결합 고정시킬 수 있는 것이 바람직하다.

상기 정수식물과 화훼식물은 복수개의 식재포트가 구비된 식재판의 상기 식재포트에 식재하고, 상기 수로본체 내측면 상부 양측면에는 지지턱을 구비하여 상기 식재판 다수개가 삽입되어 설치될 수 있는 식재지지틀을 거치할 수 있도록 한다.

상기 식재지지틀은 일정규격으로 제작하고 상기 지지턱에 연이어 설치할 수 있도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템는, 모든 구성 요소들을 가급적 일정규격의 단위구조체, 모듈로서 제작하고 현장에서 조립식으로 결합 설치하여 시공시 용접작업이 최소화되는 등 시공이 용이하고 식물 및 여재의 교체 등 유지 관리 시 편리한 작업을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템는, 직선형, ㄱ자형, ㄴ자형, ㄷ자형, ㅁ자형 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 따라서 설치부지의 상황에 따라 유휴 공간에 다양한 형태로 배치함으로써 오염수를 효율적으로 정화할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템는, 질소와 인을 효율적으로 처리할 수 있도록 공기유도판의 구성에 의해 각각의 상부 수역은 일정깊이까지 수평 흐름과 수직흐름을 차단하여 정체수역을 형성할 수 있어서, 고도처리가 필요한 하폐수장 유출수, 우수저류조 유출수, 오염된 하천호소수 등에 포함된 유기물, 질소, 인 등의 오염물질을 식물, 미생물 및 인흡착여재에 의해 식생층 및 여재층의 폐색에 따른 문제없이 고효율로 지속적으로 제거함으로써 효율적이고 자연친화적으로 공공수역의 오염방지 및 수질개선에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템는, 수로본체와 식생층, 여재층 등을 구성하는 요소들은 가급적 일정규격으로 모듈화하고 조립식으로 결합설치하게 함으로써 시공이 용이하고 식물 및 여재의 교체 등 유지관리시 편리한 작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템는, 상부공간은 모두 식생공간으로 활용하여 식생층을 구성할 수 있고, 상기 식생층에는 수경재배가 가능한 어떠한 종류의 식물도 식재할 수 있는 재배환경이 조성되기 때문에 다양한 식물을 조합 식재하여 수려한 조경공간을 창출할 수 있으며, 본 장치를 둘러싸고 사람들이 왕래할 수 있는 온실공간을 조성함으로써 동절기에도 고효율의 수질정화와 아울러 식생유지가 가능하다. 따라서 본 발명의 장치는 사계절 사람들이 방문할 수 있는 자연생태학습장으로서의 기능을 충분히 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템는, 기존 방법에 비해 소요면적이 크지 않고, 일직선 이외에 다양한 형태로 배치될 수 있다.

따라서 설치 부지의 상황을 고려한 적절한 배치를 통해 부지를 효율적으로 활용하면서 오염수를 정화할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 전체적인 종단면 개략도이다.
도 2는 정수식물 또는 화훼식물을 식재히여 식생층을 구성한 도 1의 횡단면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 수로본체의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 수로본체를 구성하는 단위구조체 및 여재지지대를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 수로본체를 구성하는 단위구조체 및 여재지지대의 결합상태를 나타내는 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 일반여재모듈 또는 인흡착여재모듈의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 A-A선 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 일반여재모듈 또는 인흡착여재모듈의 제작방법의 일례는 보여주는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 일반여재모듈 또는 인흡착여재모듈의 고정방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템을 구성하는 일반여재층 또는 인흡착여재층의 설치 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 식생층 구성방법을 나타내는 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 다양한 배치예를 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 전체적인 종단면 개략도이고, 도 2는 정수식물 또는 화훼식물을 식재히여 식생층을 구성한 도 1의 횡단면 개략도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템은 유입된 오염수로부터 조대물질 및 토사 등의 오염물질을 제거하는 유입부(1); 상기 유입부에서 유출되는 오염수로부터 유기물, 질소, 인 등의 오염물질을 주도적으로 제거하는 식생수로(2); 및 상기 식생수로에서 유출되는 처리수로부터 슬러지 등의 오염물질을 제거하고 처리수를 최종 유출시키는 유출부(8)를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명의 일례에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템은 상기 유입부(1), 식생수로(2) 및 유출부(8) 모두 상부면이 개방되어 있으며, 수면에서 일정깊이의 공간에 정체수역이 형성될 수 있도록 구성되기 때문에 시스템 상부 공간은 모두 식생공간(S)으로서 활용될 수 있고, 상기 식생공간(S)에는 수경재배가 가능한 어떠한 식물(71)도 식재가능한 재배환경이 조성될 수 있다.

상기 유입부(1), 식생수로(2), 유출부(8)의 식생공간(S1, S2, S3)에는 부레옥잠, 연꽃, 개구리밥 등의 부유식물(71a), 갈대, 창포, 애기부들 등의 정수식물(71b), 장미, 국화, 베고니아 등의 화훼식물(71c)을 식재하여 식생층(70)을 구성할 수 있다.

바람직하게는 퇴적물 제거 등 관리가 빈번한 유입부(1)와 유출부(8)의 식생공간(S1, S3)에는 부유식물(71a)을 식재하고, 상기 식생수로(2)의 식생공간(S2)에는 상기 세 가지 종류의 수생식물(71)을 적절하게 조합 식재하여 식생층(70)을 구성하는 게 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템은 부유식물(71a), 정수식물(71b), 화훼식물(71c)을 적절하게 조합하여 식생층(70)을 구성함으로써 수질정화와 아울러 수려한 조경공간을 창출할 수 있다.

상기 유입부(1)는 소정의 크기를 갖고 상부면이 개방된 육면체 형태로서 일측에 오염수가 유입되며, 스크린(111)이 구비된 오염수유입구(11)와, 타측에 오염수가 유출되는 오염수유출구(13)와, 상기 오염수유입구(11)에서 후방으로 약간 이격되어 설치되며, 횡방향으로 수직설치된 격벽(12)을 포함하여 구성된다.

상기 스크린(111)은 오염수유입구(11) 전방에 부착되거나 오염수유입구(11) 내에 삽입되어 설치될 수 있고 비닐, 낙엽 등 조대물질을 걸러서 제거하는 기능을 수행한다.

상기 유입부(1) 내부는 토사 등 비중이 무거운 물질을 침강 제거시키는 기능을 수행하는 것으로서 하부에 퇴적된 물질을 한곳에 모아 외부로 인출하기 쉽도록 하부구조가 호퍼형태인 것이 바람직하다.

상기 격벽(12)은 오염수의 수평흐름을 차단하고 유입부(1) 하부로 유도하는 기능을 수행하는 것으로서 격벽(12) 상단은 유입부(1) 상단과 수면(H) 높이 사이에 위치하고 격벽(12) 하단은 침사조 중간 높이 보다 약간 하부에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 오염수유출구(13)는 수면(H) 높이로부터 상부 일정 깊이까지 정체수역이 형성될 수 있도록 수면(H) 아래 일정 깊이에 위치하는 것이 바람직하다.

오염수는 상기 스크린(111)이 구비된 상기 오염수유입구(11)를 거치면서 조대물질이 제거된 후 상기 유입부(1) 내부로 유입되며. 유입된 오염수는 상기 격벽(12)에 의해 하향이동한 후 다시 상향 이동하여 수면(H) 아래의 일정 깊이에 형성된 오염수유출구를 통해 상기 식생수로(2)로 유입하게 된다.

이 과정에서 비중이 무거운 토사 등이 침사조하부에 침강되어 제거되며, 침강 제거된 토사 등은 상기 유입부(1) 하부의 경사진 호퍼에 모아져 수중펌프 등 인발수단에 의해 외부로 반출되어 처리된다.

상기 유입부(1)는 상기 격벽(12)과 상기 오염수유출구(13) 등의 구성에 의해 상부 수면(H)에서 일정 깊이까지 정체수역을 형성하여 상기 식생공간(S1)을 구성하게 되는데, 상기 식생공간(S1)에는 상기 유입부(1)에서 하부에 축적된 토사 제거작업 등 유지 관리 작업이 빈번이 수행되므로 부레옥잠, 연꽃, 개구리밥 등의 부유식물(71a)을 식재하여 식생층(70a)을 조성하는 것이 바람직하다.

상기 식생수로(2)는 소정 크기의 단위구조체(20a)(이하 자세히 설명)를 연결하여 구성되는 수로본체(20)와, 상기 식생수로(2) 상부에 형성된 식생공간(S2)에 식물을 식재하는 식생층(70b): 상기 식생층(70b) 하부에 다수의 끈상 미생물여재가 수직으로 설치되고, 수평방향으로 물이 흐르며, 일정 구역을 나누어 조성되는 일반여재층(30): 상기 일반여재층(30)과 동일하게 구성되나 일반끈상여재(323) 대신에 인흡착끈상여재(523)가 설치되고 식생수로(2)의 말단부에 위치하는 인흡착여재층(50); 및 상기 식생층(70b) 하부에 설치되며, 일반여재층(30) 또는 인흡착여재층(50) 사이에 설치되어 공기를 공급하는 공기공급부(40)를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 식생수로(2)에는 소정의 간격을 두고 이물질 제거 등을 위한 점검용 맨홀부(60)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

이제 도 3 내지 도 4b을을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 수로본체(20)를 구성하는 단위구조체(21a)에 대해서 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 수로본체의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 수로본체를 구성하는 단위구조체 및 여재지지대를 설명하기 위한 분해 사시도이며, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 수로본체를 구성하는 단위구조체 및 여재지지대의 결합상태를 나타내는 평면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수로본체(20)는 상부가 개방되고 횡방향 단면이 사각형태인 소정 크기의 단위구조체(20a)가 서로 연결되어 구성되는 것으로서, 상기 단위구조체(20a)는 내측벽 상부 좌우 측면에 식생지지틀(72)를 지지하는 일정 깊이의 지지턱(21)과, 상기 지지턱(21)에 하부 수직방향으로 일정 깊이가 파여져 여재지지대(31)를 삽입할 수 있도록 하는 좌우 한 쌍의 결합홈(22)이 형성된다.

상기 단위구조체(20a)는 상기 지지턱(21)과 상기 결합홈(22)이 일체화되어 구비된 콘크리트 또는 플라스틱 구조체로 성형 제작될 수 있다.

상기 단위구조체(20a)의 길이가 짧은 경우에는 일측과 타측에서 약간 이격되어 양측면에 한 쌍의 제 1 및 제 2 결합홈(22a, 22b)이 각각 구비할 수도 있으나, 상기 단위구조체(20a)의 길이가 긴 경우에는 일측과 타측 사이 중간에 한 쌍 이상의 제 3 결합홈(22c)을 더 구비할 수도 있다.

또한, 상기 수로본체(20)를 구성하는 단위구조체(20a)의 일단과 타단에 돌출부(201)와 요홈부(202)를 구성함으로써, 상기 단위구조체(20a)를 서로 연결하여 결합할 수 있는 것이며, 상기 단위구조체(20a) 일단과 타단의 구조가 서로 연결할 수 있는 구조라면 상기 돌출부(201)와 요홈부(202)는 어떠한 형태이든 무방하다.

상기 일반여재층(30) 및 상기 인흡착여재층(50)은 상기 일반끈상여재(323) 및 상기 인흡착끈상여재(523)가 일정간격을 두고 다수개 상하로 연결되게끔 제작된 일반여재모듈(32) 및 인흡착여재모듈(52)과, 상기 일반여재모듈(32) 및 인흡착여재모듈(52) 다수개를 일정간격을 두고 거치할 수 있도록 하는 복수의 여재지지대(31)와, 상기 일반여재모듈(32) 및 상기 인흡착여재모듈(52)을 상기 여재지지대(31)와 연결하여 고정하는 결합수단(33)을 포함하여 구성된다.

상기 여재지지대(31)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 수로본체(20)의 내측벽 상부 양측면에 구비된 한 쌍의 결합홈(22)에 삽입되어 상기 일반여재모듈(32)을 거치할 수 있도록 하는 것으로서, 상기 여재지지대(31) 사이에서 후술하는 상기 일반여재모듈(32)의 상부 거치대(321) 양단이 거치되고 고정될 수 있는 구조로 제작된다.

상기 여재지지대(31)는 상기 제 1 내지 제 3 결합홈(22a, 22b, 22c)에 각각 삽입가능한 길이를 갖는 수직판(311)과 상기 수직판(311) 하부에 직각으로 연결 결합되어 상기 수직판(311)에 의해 지지되는 수평판(312)으로 구성되며, 상기 수평판(312)이 상기 수직판(311)에 일방향으로만 연결 결합된 일방향 여재지지대(31a, 31b)와 쌍방향으로 연결 결합된 쌍방향 여재지지대(31c)를 각각 제작하여 사용할 수 있다.

상기 수직판(311)에는 일단과 타단에 각각 둘기부(311a)가 형성되어 상기 돌기부(311a)가 상기 수로본체(20)의 한 쌍의 결합홈(22)에 삽입됨으로써, 상기 여재지지대(31)가 수로본체(20)에 고정될 수 있는 것이다.

상기 수평판(312)에는 일정간격으로 다수개의 고정구멍(313)이 천공될 수 있는데, 상기 단위구조체(20a)의 길이가 짧을 경우 일측과 타측에 각각 구비된 한 쌍의 제 1 및 제 2 결합홈(22a, 22b)에 수평판(312a, 312b)이 서로 향하도록 일방향 여재지지대(31a, 31b)를 삽입하고 상기 일측과 타측 수평판(312a, 312b) 위에 일반여재모듈(32)의 상부거치대(321) 양단이 거치되도록 하고, 상기 단위구조체(20a)의 길이가 긴 경우에는 일측과 타측 중간에 구비된 한 쌍의 제 3 결합홈(22c)에 쌍방향 여재지지대(31c)를 더 삽입하고 일측 수평판(312a)과 쌍방향 여재지지대(31c)의 일편 수평판(312c') 위에, 그리고 타측 수평판(312b)과 쌍방향 여재지지대(31c)의 타편 수평판(312c) 위에 각각 일반여재모듈(32)의 상부거치대(321) 양단이 거치되도록 하며, 상기 고정구멍(313)을 통해 각 수평판(312)과 상기 일반여재모듈(32)의 상부거치대(321) 양단을 결속함으로써, 여재지지대(31) 상에 일반여재모듈(32)이 설치될 수 있는 것이다.

상기 단위구조체(20a)의 길이가 좀 더 긴 경우 일측과 타측 사이 중간에 한 쌍의 제 3 결함홈(22c)이 하나 이상 더 구비될 수 있는 바, 중간에 구비되는 한 쌍의 제 3 결합홈(22c)에는 모두 쌍방향 여재지지대(31c)를 삽입하고 인접한 두 개의 쌍방향 여재지지대(31c)의 일편 수평판(312c')과 타편 수평판(312c)을 활용하여 상기와 같은 방식으로 일반여재모듈(32)을 설치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 수로본체에 있어서, 상기 단위구조체(20a)의 일측과 타측 중간에 삽입되는 여재지지대(31)로서 쌍방향 여재지지대(31c)를 사용함으로써, 즉 하나의 쌍방향 여재지지대(31c)가 두 개의 일반여재모듈(32)을 거치하도록 함으로써, 재료비 절감과 시공이 용이한 장점을 가진다.

상기 여재지지대(31)는 일반여재모듈(32)을 충분히 지지할 수 있는 인장력을 갖도록 제작되며, 사용재질로는 부식성이 적은 스텐인리스 또는 FRP가 사용될 수 있다.

이제 도 5a 내지 도 8을 참조하여 일반여재모듈(32) 및 인흡착여재모듈(52), 그리고 일반여재층(30) 및 인흡착여재층(50)에 대하여 상세히 설명한다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 일반여재모듈 또는 인흡착여재모듈의 형상을 나타내는 사시도로서 (a)는 일반끈상여재(323)인 경우이고 (b)는 인흡착끈상여재(523)인 경우이며, 도 5b는 도 5a의 A-A선 및 B-B선 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 일반여재모듈 또는 인흡착여재모듈의 제작방법의 일례는 보여주는 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 일반여재모듈 또는 인흡착여재모듈의 고정방법을 나타내는 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템을 구성하는 일반여재층 또는 인흡착여재층의 설치 평면도이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 일반여재모듈(32)은 소정 길이의 봉 형상을 갖는 상부거치대(321)와, 상기 상부거치대(321)보다 작은 길이의 봉형상을 갖는 하부지지체(322)와, 상기 상부거치대(321)와 상기 하부지지체(322) 사이에서 동일한 길이로 일정간격을 두고 다수개 상하로 연결되는 일반끈상여재(323)와, 상기 상부거치대(321) 및 하부지지체(322)와 일반끈상여재(323)를 결합시켜주는 복수개의 여재고정부재(324)를 포함하여 구성된다.

상기 상부거치대(321)는 인접한 상기 여재지지대(31)들에 구비된 두 개의 수평판(312)에 상기 상부거치대(321) 양단이 거치될 수 있는 길이를 가지며, 상기 하부지지체(322)는 상기 수평판(312)들을 통과할 수 있는 길이를 갖도록 제작된다.

따라서 상기 하부지지체(322)는 상기 여재지지대(31) 사이를 통과하고 상기 상부거치대(321)는 상기 여재지지대(31) 사이에 거치됨으로써 상기 여재지지대(31)에 대해 상기 일반여재모듈(32)이 유동할 수 있게 설치될 수 있다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 일반끈상여재(323)는 통상 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 합성섬유로 제작되는데, 수mm의 굵기를 갖는 내심(323a)을 둘러싸고 미세한 굵기를 갖는 합성섬유사(323b)를 방사형으로 직조함으로써 제작된다.

상기 일반끈상여재(323)는 비표면적이 큰 미세한 섬유사를 사용하기 때문에 다량의 미생물이 흡착하여 서식할 수 있는 공간을 제공하는 특징을 가진다.

상기 상부거치대(321)와 하부지지체(322) 사이를 다수개의 일반끈상여재(323)를 사용하여 상하로 연결하는 방법은 상기 상부거치대(321)와 상기 하부지지체(322)에 용접 등의 방법을 통해 원하는 간격으로 다수개의 여재고정부재(324)을 구비하고 각각 상하 한쌍의 여재고정부재(324)에 동일한 길이로 절단한 일반끈상여재(323)의 상단과 하단을 각각 연결하여 결속할 수 있으나, 작업이 번거롭고 시간이 소요되는 단점이 있다.

따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 각각 구멍이 관통되어 상하로 연결되나 하나의 구멍이 동일한 굵기의 상부거치대(321) 및 하부지지체(322)에 대응하는 크기를 갖는 지지지대구멍(324a)과, 또 하나의 구멍이 일반끈상여재(323)가 통과할 수 있는 구멍 크기를 갖는 여재구멍(324b)으로 구성되는 일정 규격의 여재고정부재(324)을 별도로 제조하여 상기 상부거치대(321) 및 하부지지체(322) 상에 상기 일반끈상여재(323)의 설치 간격에 맞춰 상기 지지대구멍(324a)이 위치토록 삽입고정시켜 상기 여재고정부재(324)을 다수개 설치하고, 상기 상부거치대(321)와 상기 하부지지체(322) 간격을 상기 일반끈상여재(323) 설치길이 만큼 이격시킨 후, 상기 지지대구멍(324a)에 연결된 상기 여재구멍(324b)에 상기 일반끈상여재(323)를 상하 지그재그로 통과시켜 연결시킬 수 있다.

상기 상부거치대(321) 또는 상기 하부지지체(322) 양단에 위치하는 여재고정부재(324)의 여재구멍(324b)이 상기 일반끈상여재(323)의 연결시점 또는 종점이 되는데, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 시점과 종점에서 상기 일반끈상여재(323)를 상기 상부거치대(321) 또는 상기 하부지지체(322)에 케이블타이 등 결속수단(325)을 통해 고정시키거나 그 자체를 묶어 여재구멍(324b)보다 크게 함으로써 고정시킨다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 여재고정부재(324)의 지지대구멍(324a)보다 상기 여재구멍(324b)을 (b)와 (d)와 같이 더 작게 구성할 수 있는데, 상기 일반끈상여재(323)를 정확히 고정할 수도 있으며, (c)와 (d)와 상기 지지대구멍(324a)과 상기 여재구멍(324b)이 연통되어 상기 일반끈상여재(323)를 정확히 고정하면서도 상기 여재고정부재(324) 자체에 탄성을 제공하여 상기 지지대구멍(324a)이 상기 상부거치대321) 및 상기 하부지지체(322)의 굵기보다 작아도 삽입할 수 있다.

상기 여재고정부재(324)은 스텐인리스 또는 플라스틱 재질로 제작될 수 있으며, 상부거치대(321) 및 하부지지체(322)의 형상에 맞춰, 즉 원형 또는 사각 봉형상으로 가변적으로 제작될 수 있다.

상기 일반끈상여재(323)를 연결고정하는 방법은 다수개의 일반끈상여재(323)를 각각 절단하지 않고 도 6에 도시된 바와 같이, 한 번에 연결하여 고정함으로써 상기 일반끈상여재(323)의 손실을 최소화할 수 있고 작업이 용이한 장점이 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 여재지지대(31)의 수평판(312)에 천공된 다수개의 고정구멍(313) 사이에 상기 일반여재모듈(32)의 상부거치대(321) 양단이 거치되고, 상기 고정구멍(313)을 통해 케이블타이 등 결합수단(33)을 사용하여 상부거치대(321)와 수평판(312)을 결속시킴으로써 여재지지대(31) 하단 수평판(312)에 일반여재모듈(32)이 고정될 수 있는 것이다. 여기서 (a)는 평면도이며, (b)는 그 측면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 수로본체(20) 단위구조체(20a)의 결합홈(22a, 22b, 22C)에 각각 여재지지대(31a, 31b, 31c)를 삽입고정하고 여재지지대(31a, 31b, 31c) 상에 일반여재모듈(32)를 일정 간격으로 복수개 거치한 후 결합수단(33)을 통해 일반여재모듈(32)를 고정시킴으로써 전체적으로 하나의 일반여재층(30)을 구성할 수 있는 것이다.

한편, 상기 인흡착여재층(50)은 상기 일반끈상여재(323) 대신에 상기 인흡착끈상여재(523)를 사용하여 상기 인흡착여재모듈(52)을 구성한다는 점 이외에 상기 일반끈상여재층(30)과 동일하게 구성된다. 따라서 상세한 설명은 생략한다.

다만, 상기 인흡착끈상여재(523) 또한 상기 일반끈상여재(323)와 동일한 방법으로 제작되나, 도 5b에 도시된 바와 같이, PE, PP 등의 합성섬유사(323b) 대신에 철섬유사(523b)를 단독으로 혹은 합성섬유사와 혼합하여 사용하여 제작한다는 점이 다르다.

도 5b에 도시된 바와 같이, (a)처럼 상기 일반끈상여재(323)는 내심(323a)을 둘러싸고 합성섬유사(323b)로만 방사형으로 직조할 수 있으며, 상기 인흡착끈상여재(523)은 (a)처럼 내심(523a)을 둘러싸고 철섬유사(523b)를 일체로 방사형으로 직조할 수 있으며, (b)처럼 혼합 사용하여 방사형으로 직조할 수도 있다.

상기 인흡착끈상여재(523)는 비표면적이 큰 미세한 섬유사를 사용하기 때문에 다량의 미생물이 흡착하여 서식할 수 있는 공간을 제공하는 특징이외에 상기 철섬유사(523b)에 의해 인을 흡착제거할 수 있는 특징을 가진다.

즉, 공기를 공급하는 공기공급부와, 공기유도판에 의해서 형성되는 정체구역에 의해서 철의 부식을 촉진하므로 상기 인흡착끈상여재(523)에 포함된 철섬유사(523b)가 부식되어 용출되는 철이온이 인산이온과 결합하여 불용성 인화합물을 형성하고 상기 화합물이 여재에 흡착됨으로써 인을 제거할 수 있다.

상기 인흡착여재층(50)은 상기 인흡착끈상여재(523)에 흡착된 불용성 인화합물이 탈리될 경우 후속 유출부에서 제거될 수 있도록 상기 식생수로(2)의 말단부에 위치하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 일반여재층 및 인흡착여재층(30, 50)은 비표면적이 큰 끈상의 일반끈상여재 및 인흡착끈상여재(323, 523)를 사용함으로써 다량의 미생물을 보유할 수 있어 고효율의 생물학적 유기물 및 질소 제거가 가능하며, 상기 일반끈상여재 및 인흡착끈상여재(323, 523)가 일정 간격을 두고 수직으로 설치됨으로써 자갈이나 쇄석 등으로 구성되는 여재층에 비해 페색에 따른 문제점을 최소화할 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 공기공급부(40)은 상기 일반여재층(30) 또는 인흡착여재층(50) 사이 식생수로(2) 바닥에 설치되는 산기관(41)과, 상기 산기관(41) 상부측에 위치한 여재지지대(31) 사이에 고정되어 수평으로 설치되는 공기유도판(42)을 포함하여 구성된다.

상기 산기관(41)은 식생수로 외부에 위치하는 블로워 등의 공기공급장치(미도시)로부터 배관(미도시)에 의해 연결되어 상기 일반여재층(30)과 인흡착여재층(50)에 미생물의 유기물 산화 및 질산화에 필요한 공기를 공급한다. 또한 상기 일반여재층(30)과 인흡착여재층(50)에서의 물의 수평흐름을 혼합시켜 미생물과 오염수의 접촉기회를 증가시키고 수질을 균등화하는 기능을 한다.

상기 공기유도판(42)은 상기 산기관(41)에서 분출되는 공기의 상향이동과 이에 따른 물의 상향흐름을 차단시켜 상기 일반여재층(30)과 상기 인흡착여재층(50)쪽으로 유도하는 기능을 한다.
상기 공기유도판(42)은 상부 수역으로부터 일정깊이까지 수평 흐름과 수직흐름을 차단하여 정체수역을 형성하기 때문에, 철을 물 속에 침지시킬 경우, 철이 물 속의 수산화물과 반응하여 용해도가 극히 낮은 수산화제2철(Fe(OH)₃)이 형성되지만, 상기 공기공급부(40)에 의해서 공기가 공급되면, 상기 물 속에 침지되어 있는 철이 부식되는 것을 촉진할 수 있으므로, 인흡착끈상여재의 재료로 철섬유사를 포함하여 철이 수산화제2철(Fe(OH)₃)의 형태로 존재하더라도 부식에 의해서 Fe(OH)₃의 형태로 존재할 수 있어서, 물 속의 인산이온과 결합하여 불용성 인화합물을 형성할 수 있다.

상기 공기공급판(42)은 상기 여재지지대(31) 하단 사이에 수평으로 거치되어 설치되는 판상으로서, 상기 스테인리스 또는 강화플라스틱 등 비중이 무겁고 내부식성의 어떠한 재질의 것을 사용해도 무방하다.

상기 공기공급부(40)는 상기 식생수로(2)를 따라 소정의 간격을 두고 구비되기 때문에, 상기 일반 및 인흡착여재층(30, 50)에는 공기가 전달되는 호기지역과 공기가 전달되지 못하는 무산소지역이 반복적으로 존재하게 된다.

따라서, 호기지역에서의 생물학적 질산화와 무산소지역에서의 생물학적 탈질화가 반복적으로 수행됨으로써 오염수 중의 질소가 효율적으로 제거될 수 있다.

상기 맨홀부(60)는 식생수로의 길이가 긴 경우 상기 식생수로(2) 하부에 축적된 슬러지 청소 등 유지관리를 위해 일정간격을 두고 수로본체(20)에 포함되어 구성되는 것으로서, 일정 깊이의 홈이 파인 형태로 상기 단위구조체(20a) 사이에 결합되어 설치된다.

상기 맨홀부(60)는 단위구초제(20a)와 마찬가지로 내측벽 상부 양측면에 지지턱을 구비할 수 있으며, 상기 단위구조체(20a)에 결합할 수 있도록 좌우 양측에 결합부가 구비되고 결합부 양단이 돌출 및 요홈형태로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 맨홀부(60) 유지관리시 상기 맨홀부(60) 좌우의 식생수로(2)로부터 물이 유입되는 것을 방지하기 위해서 결합부 좌우 양측 내측에 수직으로 칸막이를 설치할 수 있는 한 쌍의 홈이 각각 구비되는 것이 바람직하다.

이제 도 1 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 식생층에 대해 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 식생층 구성방법을 나타내는 분해 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 식생수로(2)는 상기 상부 지지턱(21)으로부터 수직으로 일정깊이까지 횡방향에 걸쳐 소정 간격을 두고 설치되는 다수개의 여재지지대(31)와, 상기 산기관(41) 상부측에 위치한 여재지지대(31) 하단 사이에 수평으로 설치되는 공기유도판(42) 등의 구성에 의해, 상부 수면(H) 높이에서 일정깊이까지 물의 수평흐름 및 수직흐름이 차단되어 정체수역을 형성함으로써 식생공간(S2)을 형성하게 된다.

상기 식생공간(S2)에는 수경재배가 가능한 어떠한 식물도 식재가 가능하기 때문에 부유식물(71a), 정수식물(71b), 수경재배 가능한 화훼식물(71c)을 조합식재하여 식생층(70b)을 구성할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 정수식물(71b) 또는 화훼식물(71c)이 식재되는 식생층(70b)은 식생기반부재(732)에 의해 지지되는 수생식물(71b, 71c)이 식재된 식생포트(73)와 상기 식생포트가 다수개 삽입되고 이를 지지할 수 있는 식생지지틀(72)을 포함하여 구성된다.

상기 식생포트(73)는 수생식물(71b, 71c) 식재시 식생기반부재(732)로서 토양이나 모래대신에 코이어 섬유, 황마 섬유 등 천연섬유를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 식재작업이 간편하며, 식생포트(73)의 하중을 줄 일 수 있어 운반과 설치작업이 용이하기 때문이다.

또한 상기 식생포트(73)는 개별로 상기 식생지지틀(72)에 삽입될 수도 있으나, 다수개의 식재포트(73)가 구비된 식재판(73a)을 사용하여 삽입되는 것이 운반과 설치작업이 용이하여 바람직하다.

상기 식생지지틀(72)은 수로본체 내측면 상부 양측면에 구비된 지지턱(21)에 거치되는 다공판 형상의 사각틀로서 상기 식생포트(73)가 대부분 통과하고 상부 일부분만 거치될 수 있는 구멍의 크기를 갖는다.

상기 식생지지틀(72)은 단위규격으로 제작하여 상기 지지턱(21)에 연이어 설치하여 식생층(70)을 구성하는 것이 바람직하며, 스테인리스 또는 강화플라스틱 등의 내식성 재질을 사용하여 제작하되, 필요에 따라 처짐을 방지하기 위해 복수개의 보강대(722)를 추가하여 제작할 수 있다.

스텐인리스망과 보강대로 구성된 단위 규격의 식생지지틀(72)과, 이와 함께 수생식물(71b, 71c)이 식재된 다수개의 식생포트(73)가 구비된 식생판(73a)을 이용하여 식생층(70)을 구성할 수 있으나, 본 발명은 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식생층(70)은 다공성 식재지지틀(72)과 식생기반부재(732)에 의해 지지되는 수생식물(71b, 71c)이 식재된 식재포트를 사용하여 식생층(70)을 구성함으로써 식생기반부재(732)로서 전체적으로 모래층을 두고 식물을 식재하여 식생층(70)을 구성하는 방식에 비해 식생층(70)의 폐색을 최소화할 수 있고 식물의 교체 등 유지관리가 용이한 특징을 갖는다.

다시 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 유출부(8)는 소정의 크기를 갖고 상부면이 개방된 육면체 형태로서, 일측에 식생수로(2)로부터 처리수가 유입되는 처리수유입구(81)와, 타측에 처리수가 최종 유출되는 처리수유출구(84)와, 상기 처리수유입구(81)에서 후방으로, 처리수유출구(84)에서 전방으로 각각 약간 이격되어 설치되며, 횡방향으로 수직설치된 전격벽(82) 및 후격벽(83)을 포함하여 구성된다.

상기 유출부(8) 내부는 식생수로(2)로부터 유입되는 처리수 중의 슬러지 등 고형물질을 침전제거시키는 기능을 수행하는 것으로서, 하부에 퇴적된 물질을 한곳에 모아 외부로 인출하기 쉽도록 하부구조가 호퍼형태인 것이 바람직하다.

상기 처리수유입구(81)는 식생수로(2)와 유출부(8) 수면(H) 높이에서 상부 일정 깊이까지 정체수역이 형성될 수 있도록 수면 아래 일정 깊이에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 전격벽(82)은 처리수의 수평흐름을 차단하고 유출부(8) 하부로 유도하는 기능을 수행하는 것으로서 전격벽(82) 상단은 유출부(8) 상단과 수면(H) 높이 사이에 위치하고 전격벽(82) 하단은 유출부(8) 중간 높이보다 약간 하부에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 후격벽(83)은 처리수의 흐름을 유출부(8) 하부에서 상향이동시켜 처릭수유출구(84)로 유도하는 기능을 수행하는 것으로서 후격벽(83) 상단과 하단은 전격벽(82)과 동일하게 위치하는 것이 바람직하다.

상기 처리수유출구(84)는 처리수를 최종 유출시키는 기능 이외에 그 하단의 높이가 수면(H) 높이를 결정하므로 사전에 계획된 수면(H) 높이에 처리수유출구(84) 하단이 위치하고 그 하단과 유출부 상단 사이에 처리수유출구(84) 상단이 위치하게 된다.

상기 식생수로(2)에서 유기물질, 질소, 인 등의 오염물질이 제거된 처리수는 처리수유입구(81)를 통해 유입되어 전격벽(82)에 의해 유출부(8) 하부로 하향 이동된 후 서서히 후방으로 이동하다가 다시 후격벽(83)에 의해 상향 이동하여 최종 처리수유출구(84)를 통해 최종 유출된다.

이러한 과정에서 상기 식생수로(2)로부터 유입된 처리수 중에 포함된 슬러지 등이 유출부(8) 하부에 침전되어 제거되며, 침전제거된 슬러지 등은 유출부(8) 하부의 경사진 호퍼에 모아져 수중펌프 등 인발수단에 의해 외부로 반출되어 처리된다.

상기 유출부(8)는 격벽 등의 구성에 의해 상부 수면(H) 높이에서 일정 깊이까지 정체수역이 형성되어 식생공간(S3)을 형성하게 되는데, 상기 형성되는 식생공간(S3)에는 유출부(8)에서 하부에 퇴적된 슬러지 제거작업 등 유지관리작업이 빈번이 수행되므로 부레옥잠, 연꽃, 개구리밥 등의 부유식물(71a)을 식재하여 식생층(70c)을 조성하는 것이 바람직하다.

이제 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템의 작동을 도 1을 참조하여 요약 설명하면 다음과 같다.

고도처리가 필요한 하폐수처리장 유출수, 우수저류조 유출수, 오염된 하천호소수 등의 오염수는 먼저 유입부(1)의 오염수유입구(11)에 구비된 스크린(111)을 거치면서 조대물질이 제거된 후 유입부(1) 내부로 유입된다. 이후 유입부(1)내의 격벽(12)에 의해 천천히 하향이동되고 다시 상향이동하여 오염수유출구(13)를 통해 식생수로(2)로 유입된다. 이 과정에서 토사 등 비중이 무거운 물질이 유입부(1) 바닥에 침강되어 제거되며. 또한 유입부(1) 상부에 구성된 식생층(70a)의 수생식물(71a)에 의해 일부 질소 및 인이 제거된다.

식생수로(2)로 유입된 오염수는 식생수로(2) 상부에 조성된 식생층(70b)과 식생층(70b) 하부의 공기공급부(40)에 의해 구분되는 일반여재층(30) 및 인흡착여재층(50)을 통과하여 처리수유입구(81)를 통해 유출부(8)로 유입된다. 이 과정에서 오염수중의 유기물은 공기공급층으로부터 공급되는 공기에 의해 유지되는 호기성상태에서 일반 및 인흡착끈상여재(323, 523)에 부착된 다량의 미생물에 의해 효율적으로 제거된다. 또한 질소는 공기공급방식으로 인해 식생수로(2)내 호기지역과 무산소지역이 반복적으로 조성되는 환경하에서, 생물학적 질산화와 탈질화가 반복적으로 수행됨으로써 효율적으로 제거된다. 또한 인은 인흡착여재층(50)을 구성하는 철섬유사(523b)의 부식에 의해 용출된 철이온과 불용성화합물을 형성하고 이 불용성화합물이 인흡착여재층(50)에 흡착됨으로써 효율적으로 제거된다. 또한 질소와 인은 식생층(70b)에 식재된 수생식물(71)의 섭취에 의해서도 효율적으로 제거된다. 한편, 식생수로(2)가 긴 경우 식생수로(2)에는 맨홀부(60)을 더 포함하여 구성할 수 있는데, 맨홀부(60)를 정기적으로 청소함으로써 식생수로(2) 바닥에 침전된 고형물질을 효율적으로 제거할 수 있다.

식생수로(2)에서 유기물, 질소 및 인이 제거된 처리수는 처리구유입구(81)를 통해 유출부(8) 내부로 유입된다. 이후 유출부(8) 내의 전격벽(82)과 후격벽(83)에 의해 천천히 하향이동되고 다시 상향이동하여 처리수유출구(84)를 통해 최종 유출된다. 이 과정에서 인흡착여재층(50)으로부터 탈리된 슬러지 등이 유출부(8) 바닥에 침전되어 제거된다. 또한 유출부(8) 상부에 구성된 식생층(70c)의 식물에 의해 일부 질소 및 인이 제거된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템에 있어서, 상부 공간이 모두 식생공간(S)으로서 활용될 수 있고, 상기 식생공간(S)은 수경재배가 가능한 어떠한 식물(71)도 식재가능한 재배환경이 조성될 수 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템은 식생공간(S)을 최대한 활용하여 다양한 종류의 식물, 예를 들어 부유식물(71a), 정수식물(71b), 수경재배가 가능한 화훼식물(71c) 등을 조합 식재하여 상기 식생층(70)을 구성함으로써 수려한 조경공간을 창출할 수 있으며, 본 정화시스템를 둘러싸고 사람들이 왕래할 수 있는 온실공간을 조성함으로써 동절기에도 고효율의 수질정화와 아울러 식생유지가 가능하다. 따라서 본 발명의 장치는 사계절 사람들이 방문가능한 자연생태학습장으로서의 기능을 충분히 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템은 식생수로의 수로본체, 일반 및 인흡착여재층, 식생층, 공기공급부를 구성하는 단위구조체, 여재지지대, 일반 및 인흡착여재모듈, 식생지지틀, 식생포트, 공기유도판 등의 요소들이 사전에 일정규격으로 제작되고 상기 요소들은 시공시 결합, 삽입 또는 거치 등의 방식에 의해 설치될 수 있어 시공이 용이하며, 식물 또는 여재의 교체, 수리 등 유지관리작업이 용이하다는 특징을 갖는다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 식생수로형 고도 수질정화시스템은 식생수로(2)를 직선형, ㄱ자형, ㄴ자형, ㄷ자형, ㅁ자형 등 다양한 형태로 구현할 수 있으며, (e)와 (f)처럼 측벽을 공유한 형태로도 구현할 수 있다.

따라서 설치부지의 상황에 따라 유휴 공간에 다양한 형태로 배치함으로써 오염수를 효율적으로 정화할 수 있다.

S: 식생공간 H: 수면
1: 유입부 2: 식생수로
8: 유출부 11: 오염수유입구
12: 격벽 13: 오염수유출구
20: 수로본체 21: 지지턱
22: 결합홈 30: 일반여재층
31: 여재지지대 32: 일반여재모듈
33: 결합수단 40: 공기공급부
41: 산기관 42: 공기유도판
50: 인흡착여재층 52: 인흡착여재모듈
60: 맨홀부 70: 식생층
71: 수생식물 72: 식생지지틀
73: 식재포트 81: 처리수유입구
82: 전격벽 83: 후격벽
84: 처리수유출구

Claims (14)

1. 단면이 사각형이며, 상부면이 개방되어 수면 높이에서 일정 깊이까지 정체구역을 형성하며, 상부 공간을 식생공간으로 이용가능한 유입부, 식생수로 및 유출부를 포함하며,
   상기 식생수로는 소정 크기의 단위구조체를 연결하여 구성되는 수로본체; 상기 수로본체 상부에 형성된 식생공간에 식물을 식재하는 식생층; 상기 식생층 하부의 일정 구역에 조성되되 물의 흐름방향에 수직하게 설치되는 다수의 일반끈상 여재로 이루어진 일반여재층; 상기 식생수로 말단부에 위치하며, 상기 일반여재층과 다른 일정 구역에 조성되되 물의 흐름방향에 수직하게 설치되는 다수의 인흡착끈상 여재로 이루어진 인흡착여재층; 및 상기 일반여재층과 상기 인흡착여재층 사이에 설치되어 공기를 공급하는 공기공급부;를 포함하며,
   상기 식생공간에는 수경재배가 가능한 식물을 식재가능하며,
   상기 식생공간에는 수경재배가 가능한 식물로 부유식물, 정수식물 및 화훼식물이 식재되는 식생층이 구성되고,
   상기 일반여재층 및 상기 인흡착여재층은 각각 일반끈상여재와 인흡착끈상여재가 일정간격을 두고 다수개 상하로 연결되게끔 구성한 일반여재모듈과 인흡착여재모듈을 포함하며,
   상기 일반여재모듈 및 상기 인흡착여재모듈은 다수개를 소정 간격을 두고 거치할 수 있도록 하는 복수개의 여재지지대와, 상기 여재지지대를 연결하여 고정하는 결합수단을 포함하고,
   상기 유입부는 수면보다 높은 위치에서 수면 밑 일정깊이까지 오염수유입구 측에 횡방향에 걸쳐 설치되는 격벽과 상기 수면에서 일정 깊이 이하에 설치되는 오염수유출구를 구비하며,
   상기 유출부는 상기 수면에서 일정 깊이 이하에 설치되는 처리수유입구와 상기 수면보다 높은 위치에서 수면 밑 일정깊이까지 처리수유입구와 처리수유출구 측에 각각 횡방향으로 설치되는 격벽을 구비하며,
   상기 식생수로는 상기 여재지지대를 상기 수면에서 일정 깊이 밑에 수직으로 일정길이 횡방향에 걸쳐 소정의 간격을 두고 설치하며,
   상기 공기공급부는 상기 일반여재층과 상기 인흡착여재층 사이 상기 식생수로 바닥에 설치되고 외부의 공기공급장치와 연결되어 공기를 공급하는 산기관과, 상기 산기관 상부측에 위치한 상기 여재지지대 사이에 고정되어 수평으로 설치되는 공기유도판을 포함하는 식생수로형 고도 수질정화시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수로본체는 적어도 2 이상의 단위구조체가 결합되어 이루어지며,
   상기 단위구조체는 내측벽 상부 좌우 양측면에 일정 깊이로 형성된 거치용 지지턱과, 상기 지지턱에서 하부 수직방향으로 일정 깊이까지 형성된 좌우 한 쌍의 삽입용 결합홈을 구비하며,
   상기 결합홈은 상기 단위구조체 일측과 타측에 각각 구비되고, 상기 일측과 타측 사이에 적어도 한 개 이상 더 구비되며,
   상기 단위구조체는 서로 결합가능하도록 일단과 타단에 요홈부와 돌출부가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 식생수로형 고도 수질정화시스템.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 일반여재모듈 및 상기 인흡착여재모듈은 모두 봉 형상으로서 상기 여재지지대 사이에 양단이 거치될 수 있는 길이를 갖는 상부거치대와, 봉 형상으로서 상기 상부거치대보다 길이가 작고 상기 여재지지대 사이를 통과할 수 있는 길이를 갖는 하부지지체와, 상기 상부거치대와 하부지지체 사이에서 동일한 길이로 일정간격을 두고 다수개 상하로 연결되는 끈상여재와, 상기 상부거치대 및 하부지지체와 끈상여재를 결합시켜주는 복수개의 여재고정부재를 포함하는 식생수로형 고도 수질정화시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 인흡착여재모듈은 상기 상부거치대와 하부지지체 사이에서 동일한 길이로 일정간격을 두고 다수개 상하로 연결되되, 내심을 둘러싸고 철섬유사를 단독 또는 합성섬유사와 혼합하여 방사형으로 직조되는 인흡착끈상여재를 포함하는 식생수로형 고도 수질정화시스템.
6. 제 4 항에 있어서
   상기 여재고정부재는 상기 상부거치대 및 상기 하부지지체의 굵기에 대응하는 지지대구멍과, 상기 끈상여재가 통과할 수 있는 구멍 크기를 갖는 여재구멍을 별도로 혹은 일부분 공유하여 구성하는 식생수로형 고도 수질정화시스템.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 여재지지대는 상기 단위구조체의 좌우 한쌍의 결합홈에 삽입가능하도록 좌우에 돌기부가 구비된 수직판과, 상기 수직판 하부에 수평으로 연결 결합되고 다수개의 고정구멍이 구비된 수평판을 포함하며,
   상기 수평판은 상기 수직판에 대해 일방향으로 연결결합되거나 또는 쌍방향으로 연결 결합되는 식생수로형 고도 수질정화시스템.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 식생수로는 이물질 제거용 맨홀을 상기 단위구조체 사이에 더 포함하며, 상기 맨홀은 상기 단위구조체 사이에 결합되는 결합부와, 상기 결합부 좌우 양측 내측에 수직으로 칸막이 설치를 위한 한 쌍의 홈이 형성된 식생수로형 고도 수질정화시스템.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 정수식물 또는 화훼식물이 식재되는 식생층은 식생기반부재에 의해 지지되는 수생식물이 식재된 식생포트와, 상기 식생포트가 다수개 삽입되고 상기 수로본체에 구비된 지지턱에 거치되는 식생지지틀을 포함하는 식생수로형 고도 수질정화시스템.
12. 제 11 항에 있어서
    상기 식생포트는 수생식물 식재시 식생기반부재로서 코이어섬유 또는 황마섬유를 사용하며, 개별 또는 식재판에 복수개가 구비되는 식생수로형 고도 수질정화시스템.
13. 제 12 항에 있어서
    상기 식생지지틀은 식생포트가 대부분 통과하고 상부 일부분만 거치될 수 있는 구멍의 크기를 갖는 다공판 형상의 사각틀이며, 단위규격으로 제작하되, 처짐을 방지하기 위한 복수개의 보강대를 포함하는 식생수로형 고도 수질정화시스템.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 수로본체는 직선형, ㄱ자형, ㄴ자형, ㄷ자형, ㅁ자형 중 적어도 하나로 배치되는 식생수로형 고도 수질정화시스템.
    

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