KR102287700B1

KR102287700B1 - 인공습지 수처리 시스템

Info

Publication number: KR102287700B1
Application number: KR1020190067702A
Authority: KR
Inventors: 김흥섭
Original assignee: 수생태복원(주); 김흥섭
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2021-08-10
Also published as: KR20200141125A

Abstract

본 발명은 무토양 식생기반재(1`)가 오염수에 부유하게 설치되며, 오염수에 포함된 오염물질이 수생식물의 뿌리에 여과되거나 침강작용에 의해 침강되어 제거되는 침강지(100); 무토양 식생기반재(1)가 바닥면에 설치되며, 상기 침강지(100)에서 이송된 오염수가 상기 무토양 식생기반재(1)의 표면으로 유동되면서 오염물질이 여과되는 식생접촉여과산화지(200); 상기 식생접촉여과산화지(200)에서 이송된 오염수가 저장되는 저장부(310)와, 상하면이 밀폐되며 상면이 구심방향으로 갈수록 낮아지는 경사 형상으로 형성되며 상기 저장부(310)에서 이송된 오염수가 외벽에서 내벽으로 유동되면서 오염수에 포함된 오염물질을 여과하여 처리수를 생성하는 여과모듈(320)과, 상단이 개방되며 상기 여과모듈(320)에서 구심방향으로 유입된 처리수가 상부로 배출되는 배출부(330)와, 상기 배출부(330)의 상부로 배출된 처리수가 저장되는 배출연못(340)을 포함하는 경사형 구심향습지(300); 및 상기 배출연못(340)에 저장된 처리수를 방류하는 방류관(500);을 포함하는 인공습지 수처리 시스템에 관한 것이다.

Description

인공습지 수처리 시스템{Water treatment system of artificial wetland}

본 발명은 오염수를 구심방향으로 분산 유입하여 오염수의 유동범위를 확대하고, 오염수의 내부 통수 흐름에 따른 오염수의 유속을 가속화하여 여과모듈의 공극 폐색 가능성을 해소하고, 오염수의 내부 통수 흐름간 유속차이를 증대하여 오염물질 분리효율을 증대함으로써, 오염수에 포함된 오염물질의 제거효율을 극대화할 수 있는 인공습지 수처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수자원에 악영향을 미치는 요소로서, 수질오염원은 점오염원과 비점오염원으로 구분되며 각각 다른 처리방법을 이용하여 제어하게 된다.

우선, 점오염원은 주거지역이나 산업체 등에서 배출되는 생활하수 및 산업폐수 등과 같이 배출지점이 뚜렷하면서도 한정된 오염원으로서 하수처리장이나 폐수처리장을 건설하여 쉽게 처리할 수 있다.

다음으로, 비점오염물질은 주로 비가 올 때 지표면 유출수와 함께 유출되는 오염물질로서 농지에 살포된 비료나 농약, 토양침식물, 축사유출물, 교통오염물질, 도시지역의 먼지와 쓰레기, 자연동ㅇ식물의 잔여물, 지표면에 떨어진 대기오염물질 등이 빗물과 섞여서 오염수가 된 것을 말한다.

비점오염물질은 주로 강우시에 발생하기 때문에 일간 및계절간 배출량의 차이가 크고 예측과 정량화가 어려우며, 인위적 조절이 어려운 기상조건ㅇ지질ㅇ지형 등에 영향을 많이 받는 특성을 지니고 있다. 따라서 제도적으로 배출기준을 정하지 않고 있다.

여기서, 비점오염원을 저감시키기 위한 처리방법은 인공습지, 식생여과대, 저류지, 물리적 여과시설(여과조, 침투조, 유공포장) 등이 이용되고 제거효과에 대한 과학적인 검증을 위한 연구는 매우 다양하게 이루어져 왔으며, 다양한 처리장치 및 기법들이 개발되어 상용화되고 있다.

그 중에서도 생태학적으로 건강한 자연정화기법을 이용한 비점오염원 저감기법으로서 인공습지에 의한 처리방법이 하나의 대안으로 대두되고 있다.

인공습지는 비점오염물질을 처리하거나 강우유출량을 제어할 수 있는 것으로 침전, 여과, 흡착, 미생물 분해, 식생 식물에 의한 정화 등 자연상태의 습지가 보유하고 있는 정화능력을 인위적으로 향상시켜 비점오염물질을 줄이는 시설로써, 인공습지를 이용한 수질관리는 처리에 대한 비용이 적게 든다는 경제적인 장점과 처리방법 자체가 자연생태계의 일부분을 이용하고, 오염물질의 제거가 효율적이기 때문에 인공습지의 자연정화기능을 수질개선에 적용하는 연구가 국내외에서 많이 진행되고 있다.

이러한 인공습지에 관한 기술로는 한국등록특허 제10-1815246호의 고효율 복합 인공습지 시스템에 관한 것으로서, 하천 또는 오수 및 폐수 처리시설에 이웃하게 형성되어 오염수에 포함된 불순물을 침전시키기 위해 상대적으로 상류측에 형성되는 침강지와; 상기 침강지로부터 불순물이 처리되어 흘러나온 불순물처리수를 흘러보내는 중에 입자의 침전과 병원성물질의 파괴 및 영양물질의 흡수와 분해가 일어나 수질을 정화가능하도록 수생식물이 식재된 습지부와; 상기 습지부에 의해 정화된 정화수를 내부에 저장시키는 중에 일정 수위로 저장되면 하류측으로 배수가능하도록 구비되는 수직지하흐름용유량제어조와; 상기 수직지하흐름용유량제어조의 연결 설치되는 것에 의해 공급되는 정화수를 분사방식으로 배출되도록 하고, 바닥에는 수생식물이 식재가능하게 다공성여재가 충진되어 오염물질을 흡착시킨 후, 배수가능하게 하여 면적 대비 산소전달율을 상승시켜 고농도의 오염물질을 흡착 후 산화 분해시켜 처리가능하도록 구비되는 수직지하흐름습지부와; 상기 수직지하흐름습지부의 연결 설치되어 고농도의 오염물질이 흡착된 배출수를 내부에 저장시키는 중에 일정 수위로 저장되면 하류측으로 배수가능하도록 구비되는 수평지하흐름용유량제어조와; 상기 수평지하흐름용유량제어조로부터 배출되어 유입되는 배출수를 수평으로 유동시키는 것에 의해 인을 제거하고, 상기 수평지하흐름용유량제어조를 통하여 질산화된 질소를 미생물에 의한 탈질이 가능하도록 구비되는 수평지하흐름습지부를 포함하는 고효율 복합 인공습지 시스템이 개시되어 있다.

또한, 상기 수직지하흐름습지부의 상부에 설치되는 수직지하흐름용유량제어조는 상기 습지부와 일단이 연결된 수직지하흐름용연결관의 타단을 내부와 연통시켜 유출되는 정화수를 저장가능하도록 구비되는 수직지하흐름용유량제어저장조와, 상기 수직지하흐름용유량제어저장조의 내측 전면에 일단이 고정되고 타단은 돌출되는 것에 의해 수평되게 구비되는 수직지하흐름위치정지용판과, 상기 수직지하흐름용유량제어저장조의 내측 후면 하단부에 배관된 수직지하흐름용부력식배출관에 일단이 연결되는 것에 의해 수직지하흐름용유량제어저장조 내부에 위치되게 구비되는 수직지하흐름플렉시블관과, 상기 수직지하흐름플렉시블관의 타단이 일측 외주면에 연결되는 것에 의해 서로 연통되고, 상부에는 정화수 유입을 위한 수직지하흐름용유입구가 형성되어 정화수 유입에 대응되게 부력에 의해 상승하여 수직지하흐름위치정지용판저면에 지지가능하도록 구비되는 수직지하흐름용부체를 포함한다.

또한, 상기 수직지하흐름용부체의 타측 외주면을 통하여 일단이 삽입 고정되고, 타단은 외부로 노출되어, 상기 수직지하흐름용유량제어저장조에 정화수가 저장되는 것에 대응되게 상기 수직지하흐름용부체가 상승하면서 수직지하흐름위치정지용판 저면에 지지됨에 따른 정화수를 수직지하흐름용부체측으로 유입시켜, 상기 수직지하흐름용부체가 잠김가능하도록 구비되는 수직지하흐름용 정화수유입관이 구성된다.

종래기술은 습지 최후방에 오염수가 저장되어 배출되는 배출연못을 구성함으로써, 습지 소요 부지가 넓어지는 문제점이 있다.

또한, 종래기술은 오염수가 일방향으로 유동 및 여과됨으로써, 오염수가 유입되는 입구 단면적이 비교적 작은편이고, 다공성여재의 공극간 유속차이가 없어서 다공성여재의 공극이 입자성 물질 및 미생물막에 의해 폐색될 수 있으며, 오염수에 포함된 오염물질의 제거효율이 저하되고, 오염수의 통수 능력(처리 유량) 감소 및 유지관리 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-1815246호(2017.12.28)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 오염수를 구심방향으로 분산 유입하여 오염수의 유동범위를 확대하고, 오염수의 내부 통수 흐름에 따른 오염수의 유속을 가속화하여 여과모듈의 공극 폐색 가능성을 해소하고, 오염수의 내부 통수 흐름간 유속차이를 증대하여 오염물질 분리효율을 증대함으로써, 오염수에 포함된 오염물질의 제거효율을 극대화할 수 있는 인공습지 수처리 시스템을 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 오염수가 저장되어 배출되는 배출연못을 최후방에 두지않고 여과모듈의 상측에 일체형으로 구성함으로써, 습지 소요 부지를 절감할 수 있는 인공습지 수처리 시스템을 제공하려는 것이다.

본 발명에 따른 인공습지 수처리 시스템은 무토양 식생기반재(1`)가 오염수에 부유하게 설치되며, 오염수에 포함된 오염물질이 수생식물의 뿌리에 여과되거나 침강작용에 의해 침강되어 제거되는 침강지(100); 무토양 식생기반재(1)가 바닥면에 설치되며, 상기 침강지(100)에서 이송된 오염수가 상기 무토양 식생기반재(1)의 표면으로 유동되면서 오염물질이 여과되는 식생접촉여과산화지(200); 상기 식생접촉여과산화지(200)에서 이송된 오염수가 저장되는 저장부(310)와, 상하면이 밀폐되며 상면이 구심방향으로 갈수록 낮아지는 경사 형상으로 형성되며 상기 저장부(310)에서 이송된 오염수가 외벽에서 내벽으로 유동되면서 오염수에 포함된 오염물질을 여과하여 처리수를 생성하는 여과모듈(320)과, 상단이 개방되며 상기 여과모듈(320)에서 구심방향으로 유입된 처리수가 상부로 배출되는 배출부(330)와, 상기 배출부(330)의 상부로 배출된 처리수가 저장되는 배출연못(340)을 포함하는 경사형 구심향습지(300); 및 상기 배출연못(340)에 저장된 처리수를 방류하는 방류관(500);을 포함한다.

또한, 상기 여과모듈(320)은 외벽에서 내벽으로 갈수록 공극률이 증가되는 다수의 여과부를 포함한다.

또한, 상기 여과모듈(320)은 내부에 바이오담체(600)를 수용하는 제1여과부(321); 내부에 미생물코팅액으로 코팅된 충진재(700)를 수용하는 제2여과부(322); 및 내부에 바이오스톤볼(800)을 수용하는 제3여과부(323);를 포함한다.

또한, 상기 여과모듈(320)은 링 형상으로 형성된다.

또한, 상기 여과모듈(320)은 상면에 차수막(324) 및 상기 무토양 식생기반재(1)가 순차적으로 설치되어 밀폐된다.

또한, 상기 경사형 구심향습지(300)는 상기 배출부(330)에 설치되며 바이오스톤볼(800)이 충진된 여과프레임(350)을 더 포함한다.

또한, 상기 경사형 구심향습지(300)는 상기 저장부(310), 제1여과부(321), 제2여과부(322), 제3여과부(323) 및 배출부(330) 사이에 각각 설치되는 격벽(360)을 더 포함한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 인공습지 수처리 시스템은 오염수를 구심방향으로 분산 유입하여 오염수의 유동범위를 확대하고, 오염수의 내부 통수 흐름에 따른 오염수의 유속을 가속화하여 여과모듈의 공극 폐색 가능성을 해소하고, 오염수의 내부 통수 흐름간 유속차이를 증대하여 오염물질 분리효율을 증대함으로써, 오염수에 포함된 오염물질의 제거효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 인공습지 수처리 시스템은 오염수가 저장되어 배출되는 배출연못을 최후방에 두지않고 여과모듈의 상측에 일체형으로 구성함으로써, 습지 소요 부지를 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 무토양 식생기반재를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 무토양 식생기반재를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 인공습지 수처리 시스템을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 경사형 구심향습지를 나타낸 단면도.
도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 경사형 구심향습지의 흐름방향을 나타낸 평면도.
도 7a는 본 발명에 따른 식생수로의 일 예를 나타낸 단면도.
도 7b는 본 발명에 따른 식생수로의 다른 예를 나타낸 단면도.
도 7c는 본 발명에 따른 식생수로의 또 다른 예를 나타낸 종단면도.
도 7d는 본 발명에 따른 식생수로의 또 다른 예를 나타낸 횡단면도.
도 8은 본 발명에 따른 식생접촉여과산화지를 나타낸 평면도.
도 9는 본 발명의 일 예에 따른 경사형 구심향습지를 나타낸 개략도.
도 10은 본 발명에 따른 바이오스톤볼을 나타낸 개략도.
도 11은 본 발명에 따른 바이오스톤볼을 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 바이오스톤볼의 공극을 통해 고형유기물을 분해하는 과정을 나타낸 상태도.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 본 발명의 실시예 1에 따른 무토양 식생기반재를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 무토양 식생기반재를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 무토양 식생기반재(1)는 식생매트(10) 및 망체(20)를 포함한다.

상기 식생매트(10)는 기본 몸체로서, 수생식물이 식생되는 다수의 타공(11)이 상하방향으로 관통 형성된다.

이 때, 상기 식생매트(10)는 판형상으로 형성될 수 있으며, 부력성 있는 재질로 이루어지는데, PE(폴리에틸렌) 등 합성소재 매트 또는 천연소재 매트를 메쉬망체로 감싼 것로 구성될 수 있으며, 수생식물이 식생되기 위한 타공(11)이 구성되며, 토양의 역할을 상기 식생매트(10)가 대체함에 따라 무토양으로 구성된다.

상기 망체(20)는 상기 식생매트(10)를 둘러싸며, PVC 코팅 능형망, 다수의 지오그리드(geogrid), 메쉬망 및 그물망 중 선택되는 하나의 것을 사용할 수 있다.

또한, 상기 망체(20)는 상기 식생매트(10)에 식생된 수생식물의 뿌리를 고정하여, 상기 식생매트(10)에 식생된 수생식물이 상기 식생매트(10)에서 분리되어 유실되는 것을 방지하는 역할도 한다.

상기 식생매트(10)의 표면 및 상기 타공(11)에는 후술할 미생물이 충진되며, 상기 미생물이 수중 오염 물질을 생물학적으로 분해하는 자정작용을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 무토양 식생기반재를 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따른 무토양 식생기반재(1`)는 식생매트(10), 망체(20), 부력재(30)를 포함한다.

상기 식생매트(10) 및 상기 망체(20)는 본 발명의 실시예 1에 따른 무토양 식생기반재에서 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략한다.

상기 부력재(30)는 상기 식생매트(10)의 하면에 고정되며, 부력성 있는 재질로 이루어져서 상기 식생매트의 부력성을 강화시키는 것으로, 수중 생물에 무해한 가교결합 폴리에틸렌폼 또는 가교발포폴리올레핀폼으로 이루어질 수 있으며, 이외에도 수중 생물에 무해하면서 내구성, 내한성, 내염성, 내열성이 우수한 다수의 재질을 사용할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

또한, 상기 부력재(30)는 사각틀 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 식생매트(10)와 상기 부력재(30)을 둘러싸는 케이블타이에 의해 상기 식생매트(10)와 부력재(30)가 상호 결속될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예 2에 따른 무토양 식생기반재(1`)는 상기 식생매트(10)의 하면에 어류산란을 위한 어소(40)가 설치될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 인공습지 수처리 시스템을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 인공습지 수처리 시스템을 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 경사형 구심향습지를 나타낸 단면도, 도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 경사형 구심향습지의 흐름방향을 나타낸 평면도이다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인공습지 수처리 시스템은 침강지(100), 식생접촉여과산화지(200), 상부에 배출연못(340)이 일체형으로 구성되는 경사형 구심향습지(300) 및 방류관(500)을 포함한다.

상기 침강지(100)는 전처리 공정으로서, 상기 무토양 식생기반재(1`)가 오염수에 부유하게 설치되며, 강우나 폭우에 의해 하천에 범람하거나 하수처리시설에서 발생하는 오염수에 포함된 오염물질이 수생식물의 뿌리에 여과되거나 침강작용 및 수중 미생물의 생물학적 정화작용으로 제거된다.

이 때, 상기 무토양 식생기반재(1`)가 상기 침강지(100)에 설치될 경우, 상기 무토양 식생기반재(1`)에 갈대, 부들, 달뿌리풀, 노랑꽃창포 등 수질정화효율이 좋은 다년생 정수식물을 식재하고, 주기적으로 예초하는 것이 좋다.

또한, 상기 침강지(100)는 상기 무토양 식생기반재(1`)의 하측에 형성된 수생식물의 뿌리가 오염수에 포함된 오염물질 중에 입자형 유기물 및 콜로이드 물질을 충돌, 지체, 부착, 및 응집되게 하여 가라앉게 한다.

또한, 상기 침강지(100)는 상기 무토양 식생기반재(1`)의 하측에 형성된 수생식물의 뿌리가 미생물 접촉 여재의 역할을 수행하여, 뿌리에 부착, 증식하는 미생물에 의해 수중의 오염물질을 생물학적으로 분해 및 제거하는 역할도 수행한다.

상기 식생접촉여과산화지(200)는 지표흐름습지로서, 상기 무토양 식생기반재(1)가 바닥면에 설치되며, 상기 침강지(100)에서 이송된 오염수가 상기 무토양 식생기반재(1)의 표면으로 유동되면서 오염물질이 여과된다.

이 때, 상기 무토양 식생기반재(1)의 하부에 여과작용 및 오염수 정화에 기여하는 미생물의 접촉면적을 극대화하기 위하여 자갈, 기능성 담체로 이루어지는 하부포설재(2)를 포설할 수 있다.

여기에서, 기능성 담체란 황토 또는 바텀애쉬를 성형 소성한 골재가 사용될 수 있다.

또한, 상기 하부포설재(2)를 미생물코팅액에 함침시켜서 오염수정화효율을 극대화할 수 있는데, 상기 하부포설재(2)에 미생물을 포함한 미소동물이 서식되면서 생물상호작용에 의한 자정작용과 기능성 담체에서 배출되는 칼슘이온에 의해 오염수에 포함된 오염물질 중에 유기물질을 분해할 수 있다.

이 때, 미생물코팅액은 천연 셀룰로오스 분말, 초산전분, 백토분말, 물을 혼합한 액상 베이스재에, 미생물 저분자 균주, 미생물 고분자 균주 및 미생물 탈질 균주 중 적어도 하나가 첨가되어 조성되며, 상기 미생물 저분자 균주는, 락토바실러스 속, 삭카로마이세스 속, 로도슈도모나스 속, 스트렙토마이세스속 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 미생물 고분자 균주는, 바실러스 속 중 중온성 종 및 고온성 종 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 미생물 탈질 균주는, 캐슬라이나 속에 속하는 균주, 파라코코스 속 중 데니트리피컨스 종에 속하는 균주 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

한편, 상기 침강지(100)와 식생접촉여과산화지(200)를 수평하게 연통하는 수평관(900)에 의해 상기 침강지(100)에 저장된 오염수가 상기 식생접촉여과산화지(200)로 이송될 수 있다.

또한, 상기 식생접촉여과산화지(200)에서 오염수가 유통되는 수로인 식생수로(210)의 다양한 실시예는 다음과 같다.

도 7a는 본 발명에 따른 식생수로의 일 예를 나타낸 단면도, 도 7b는 본 발명에 따른 식생수로의 다른 예를 나타낸 단면도, 도 7c는 본 발명에 따른 식생수로의 또 다른 예를 나타낸 종단면도, 도 7d는 본 발명에 따른 식생수로의 또 다른 예를 나타낸 횡단면도이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 식생수로(210)의 일 예는 지반에 매설되는 차폐막(211)과, 상기 차폐막(211)의 상면에 결합되는 부직포(212)와, 상기 부직포(212)의 상측에 있는 지면에 설치되는 상기 무토양 식생기반재(1)와, 상기 부직포(212)와 상기 무토양 식생기반재(1) 사이에 충진되는 하기 바이오스톤볼(800)과 상기 하부포설재(2)를 포함한다.

상기 차폐막(211)과 상기 부직포(212)는 오염수가 지반으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 무토양 식생기반재(1), 상기 바이오스톤볼(800) 및 상기 하부포설재(2)는 오염수를 여과(즉, 수질정화)하는 역할을 한다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 식생수로(210)의 다른 예는 지반에 매설되는 플륜관(213)과, 상기 플륜관(214)의 상측에 위치한 지면에 설치되는 그레이팅(214)과, 상기 플륜관(213)과 그레이팅(214) 사이에 순차적으로 설치되는 상기 바이오스톤볼(800), 상기 부직포(212) 및 상기 무토양 식생기반재(1)를 포함한다.

상기 플륜관(213)은 U형으로 형성되며, 상면이 개구되며, 오염수가 지반으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 그레이팅(214)는 격자 형상으로 형성되며, 개폐가 가능하게 설치되며, 철강 재질로 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 그레이팅(214)를 개폐하여 상기 바이오스톤볼(800), 상기 부직포(212) 및 상기 무토양 식생기반재(1)을 용이하게 교체할 수 있다.

도 7c 내지 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 식생수로(210)의 일 예는 지반에 매설되는 차폐막(211)과, 상기 부직포(212)의 상측에 있는 지면에 설치되는 상기 무토양 식생기반재(1)와, 상기 무토양 식생기반재(1)의 하면에 결합되는 부직포(212)와, 상기 부직포(212)와 상기 차폐막(212) 사이에 충진되는 하부포설재(2)를 포함한다.

상기 차폐막(211)은 오염수가 지반으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 부직포(212)는 상기 무토양 식생기반재(1)를 보온하는 역할을 한다.

상기 하부포설재(2)는 다수의 자갈 및 기능성 담체로 이루어지는 것으로, 상기 하부포설재(2)의 공극에 미생물코팅액에 함침시킬 수 있다.

이 때, 상기 하부포설재(2)에 미생물을 포함한 미소동물이 서식되면서 생물상호작용에 의한 자정작용과 기능성 담체에서 배출되는 칼슘이온에 의해 오염수에 포함된 오염물질 중에 유기물질을 분해할 수 있다.

그리고, 상기 침강지(100)에서 상기 식생수로(210)로 이송된 오염수는 상기 무토양 식생기반재(1)와 상기 하부포설재(2), 즉, 2곳으로 동시에 유동된다.

이에 따라, 상기 침강지(100)에서 상기 식생수로(210)로 이송된 오염수는 상기 무토양 식생기반재(1)에 유동되어 오염물질의 여과과 이루어짐과 동시에 상기 하부포설재(2)의 공극으로 유동되어 그 공극에 있는 상기 미생물에 의해 오염물질의 여과가 이루어질 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 경사형 구심향습지(300)는 상기 식생접촉여과산화지(200)에서 이송된 오염수를 중심방향으로 유동 및 여과시키는 역할을 한다.

상기 경사형 구심향습지(300)는 저장부(310), 여과모듈(320), 배출부(330) 및 배출연못(340)을 포함한다.

상기 저장부(310)는 상기 식생접촉여과산화지(200)에서 이송된 오염수가 일시적으로 저장되며, 내부에 월류벽(311)이 설치된다.

이 때, 상기 월류벽(311)은 상기 저장부(310)에 저장된 오염수가 원주방향으로 고르게 분배되게 하며, 상기 저장부(310)에 저장된 오염수에 포함된 오염물질이 서로 혼합되게 하며, 상기 월류벽(311)에서 흘러넘친 오염수만 상기 여과모듈(320)에 구심방향(즉, 360도 전방향) 공급되게 함에 따라 오염수의 유량을 조정하는 역할을 한다.

이 때, 상기 저장부(310)에는 상기 무토양 식생기반재(1`)가 부유하게 설치되며, 상기 무토양 식생기반재(1`)는 오염수에 포함된 오염물질을 물리적, 생물학적으로 제거하고, 상기 저장부(310)의 햇빛을 차단하여 녹조발생(상기 저장부(310)는 개방수역임)을 예방할 수 있다.

상기 여과모듈(320)은 상기 저장부(310)의 내부에 배치되며, 상하면이 밀폐되고 외벽에서 내벽으로 개방된 구조로 형성되며, 상기 저장부(310)에서 이송된 오염수가 구심방향(즉, 360도 전방향) 유동되면서 여과되어 처리수로 변환된다.

또한, 상기 여과모듈(320)의 내부에는 외벽에서 내벽(즉, 중심방향)으로 갈수록 공극률이 증가되는 다수의 여과부가 마련되며, 상기 저장부(310)에서 이송된 오염수는 다수의 상기 여과부를 통과하면서 여과된다.

또한, 상기 여과모듈(320)은 상면이 중심방향으로 갈수록 낮아지는 경사면으로 형성되며, 상기 경사면에 상기 무토양 식생기반재(1)가 고정될 수 있다.

여기에서 상기 무토양 식생기반재(1)가 상기 여과모듈(320)에 설치될 경우, 상기 무토양 식생기반재(1)는 식물의 성장이 가능하도록 최소 30cm이상의 두께로 구성되어야 하며, 구심방향으로 기준으로 외측부터 내측으로 갯버들, 수크렁, 물억새, 부처꽃을 포함하는 수변식물 군락; 부들, 노랑꽃창포, 세모고랭이, 줄을 포함하는 정수식물 군락; 및 검정말, 연을 포함하는 수중식물군락이 순차적으로 식재될 수 있다.

또한, 상기 여과모듈(320)의 경사면과 상기 무토양 식생기반재(1) 사이에 상기 여과모듈(320)의 오염수 소통이 차단되도록 차수막(324)가 설치될 수 있다.

이 때, 상기 차수막(324)의 상면에 설치된 상기 무토양 식생기반재(1)는 상기 여과모듈(320)의 내벽과 외벽 사이에 설치되는 와이어(미도시)와 케이블타이(미도시)를 통해 고정될 수 있다

한편, 상기 여과모듈(320)은 제1여과부(321), 제2여과부(322) 및 제3여과부(323)을 포함할 수 있다.

상기 제1여과부(321), 제2여과부(322) 및 제3여과부(323)는 상기 여과모듈(320)의 외벽에서 내벽을 향하여 순차적으로 배치된다.

상기 제1여과부(321)의 내부에는 바이오담체(600)가 수용되며, 상기 제1여과부(321)는 제1공극률을 갖는다.

이 때, 상기 바이오담체(600)는 화력발전소에서 발생되는 바텀애쉬를 성형 소성한 가벼운 골재의 표면에 천연셀룰로스, 백토와 함께 수처리용 상기 미생물코팅액을 함침시켜 건조 및 코팅처리한 담체로서, 황토, 세라믹, 펄라이트, 제올라이트, 안트라사이트 등의 동등 이상의 기능을 가지는 여과재로 대체할 수도 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

상기 제2여과부(322)의 내부에는 오염수에 포함된 유기물질을 미생물로 저감하는 담체를 구비한 충진재가 수용되며, 상기 제2여과부(322)는 제1공극률보다 큰 제2공극률을 갖는다.

이 때, 상기 충진재(700)는 암석을 파쇄한 인공골재나 자갈 또는 동등이상의 기능을 가진 충진재로서, 상기 미생물코팅액을 함침 또는 분사하여 코팅후 건조시킨다.

상기 제3여과부(323)의 내부에는 오염수에 포함된 유기물질을 저감하는 바이오스톤볼이 수용되며, 상기 제3여과부(323)는 제2공극률보다 큰 제3 공극률을 갖는다.

상기 배출부(330)는 상기 여과모듈(320)의 내주면에 원통형으로 형성될 수 있으며, 상단이 개방되며 상기 여과모듈(320)에서 여과된 처리수가 구심방향으로 유입되어 상부로 배출된다.

한편, 상기 저장부(310), 제1여과부(321), 제2여과부(322), 제3여과부(323) 및 배출부(330) 사이에 각각 격벽 역할을 하는 격벽(360)이 설치될 수 있다. 이 때, 상기 격벽(360)은 제방용 돌을 철조망으로 감싼 것이다.

이 때, 상기 격벽(360)은 제방용 돌을 철조망으로 감싼 것이나, 이송파이프가 매설된 토벽이나, 이송파이프가 매설된 콘트리트 벽체로 대체할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

상기 배출연못(340)은 상기 배출부(330)의 상측에 형성되는 것으로, 상기 배출부(330)의 상단에서 배출된 처리수가 저장된다.

이때, 상기 배출연못(340)에는 상기 무토양 식생기반재(1`)가 설치될 수 있으며, 상기 배출연못(340)에서 상기 저장부(310)로 범람하는 처리수가 상기 여과모듈(320)에 설치된 상기 무토양 식생기반재(1`)의 표면으로 유동되면서 처리수에 포함된 오염물질이 정화될 수 있다.

상기 방류관(500)은 상기 배출연못(340)에 저장된 처리수가 범람하지 않도록 상기 배출연못(340)에 저장된 처리수를 외부로 방류한다.

이하에서는 상기 경사형 구심향 습지(300)의 구동원리를 설명하기로 한다.

우선, 상기 저장부(310)에 저장된 오염수가 상기 여과모듈(320)의 외벽으로 유입된다.

다음으로, 상기 여과모듈(320)에 유입된 오염수가 상기 여과모듈(320)의 외벽에서 내벽으로 유동되면서 여과되어 처리수로 변환된다.(이 때, 여과는 상기 다수의 여과부가 하게 된다.)

다음으로, 상기 여과모듈(320)에 여과된 처리수가 상기 배출부(330)로 유입되어 상기 배출부(330)의 상부로 배출되어 상기 배출연못(340)에 저장된다.

다음으로, 상기 저장부(310)의 수위와 배출연못(340)의 수위가 동일해지면, 상기 방류관(500)이 상기 배출연못(340)에 저장된 처리수를 외부로 방류한다.

다음으로, 상기 배출연못(340)에 저장된 처리수가 외부로 방류되어 상기 배출연못(340)의 수위가 상기 저장부(310)의 수위보다 낮아짐으로써, 상기 저장부(310)의 수위와 배출연못(340)의 수위 차이에 상기 저장부(310)에 저장된 오염수가 상기 여과모듈(320)로 이송되어 상술한 공정 과정을 반복하게 된다.

한편, 도 5를 참조하면, 상기 여과모듈(320)은 외형이 전체적으로 링형 구조로 형성될 수 있으며, 상기 배출부(330)는 외형이 원통형으로 형성될 수 있다.

또한, 도 6을 참조하면, 상기 여과모듈(320)는 외형이 전체적으로 사각 구조로 형성될 수 있으며, 상기 배출부(330)는 외형이 사각통형으로 형성될 수 있다.

도 3 내지 도 4를 다시 참조하면, 상기 경사형 구심향습지(300)는 여과프레임(350)을 더 포함할 수 있다.

상기 여과프레임(350)은 상기 배출부(330)의 내부에 설치되며 상기 바이오스톤볼(800)이 충진되어 상기 배출부(330)를 통과하는 처리수에 포함된 오염물질을 여과할 수 있다.

또한, 상기 여과프레임(350)은 상기 배출부(330)에 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 배출부(330)에 충진된 상기 바이오스톤볼(800)을 용이하게 교체할 수 있다.

한편, 상기 경사형 구심향습지(300)는 상기 제1여과부(321)에 수용된 바이오담체(600), 제2여과부(322)에 수용된 충진재(700) 및 제3여과부(323)에 수용된 바이오스톤볼(800)이 막히지 않도록 상기 격벽(360) 또는 각 여과부의 바닥면에 설치된 다수의 세척노즐(미도시)을 더 포함한다.

상기 세척노즐은 상기 제1여과부(321), 제2여과부(322) 및 제3여과부(323)에 세척수를 분사하여 상기 제1여과부(321)에 수용된 바이오담체(600), 제2여과부(322)에 수용된 충진재(700) 및 제3여과부(323)에 수용된 바이오스톤볼(800)에 걸려있는 슬러지를 세척할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 식생접촉여과산화지를 나타낸 평면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 식생접촉여과산화지(200)는 상기 침강지(100)에서 이송된 오염수의 여과효율을 향상하기 위한 제1식생접촉유로부(210) 및 제2식생접촉유로부(220)를 포함할 수 있다.

상기 제1식생접촉유로부(210)는 상기 무토양 식생기반재(1)들이 지그재그 형태로 설치되며, 상기 무토양 식생기반재(1)들 사이에 지그재그 형상의 제1유로를 형성한다.

상기 제2식생접촉유로부(220)는 상기 무토양 식생기반재(1)들이 지그재그 형태로 설치되되, 상기 무토양 식생기반재(1)들이 상기 제1식생접촉유로부(210)에 설치된 상기 무토양 식생기반재(1)들보다 서로 좁은 간격으로 이격되게 설치되며, 상기 무토양 식생기반재(1)들 사이에 지그재그 형상의 제2유로를 형성한다.

이에 따라, 상기 식생접촉여과산화지(200)에서 유동하는 오염수가 상기 제1유로와 제2유로를 따라 지그재그로 유동되면서 상기 무토양 식생기반재(1)에 식생된 수생식물 및 상기 하부포설재(2)에 서식하는 미생물을 포함한 미소동물이 서식 과 접촉되는 시간과 면적이 증가하기 때문에 여과 효율이 더욱 향상된다.

도 9는 본 발명의 일 예에 따른 경사형 구심향습지를 나타낸 개략도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 여과모듈(320)에 설치된 상기 무토양 식생기반재(1)의 상면(즉, 상기 식생매트(10)의 상면)이 웨이브진 웨이브면(1a)으로 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 배출연못(340)에 저장된 오염수가 상기 웨이브면(1a)을 따라 상기 무토양 식생기반재(1)에 식생된 수생식물과 접촉되는 면적이 증가하기 때문에 여과 효율이 향상될 수 있다.

특히, 강우나 폭우시에 상기 배출연못(340)에 저장된 오염수가 상기 저장부(310)로 범람하는 과정에서, 상기 오염수에 포함된 오염물질이 상기 무토양 식생기반재(1)에 구성된 웨이브면(1a)을 따라 상기 무토양 식생기반재(1)에 식생된 수생식물과 접촉되어 여과될 수 있다.

또한, 상기 웨이브면(1a)에 여과된 오염물질이 축적되면서 지렁이 또는 다양한 미소동물의 서식처로 활용되고, 상기 무토양 식생기반재(1)에 식생된 수생 식물에게 영양분을 공급하는 기능을 수행할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 상기 바이오스톤볼을 나타낸 개략도, 도 11은 본 발명에 따른 상기 바이오스톤볼을 나타낸 단면도, 도 12는 본 발명에 따른 상기 바이오스톤볼의 공극을 통해 고형유기물을 분해하는 과정을 나타낸 상태도이다.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 바이오스톤볼(800)은 다수의 담체(810), 제1코팅층(820) 및 접착제층(830)을 포함한다.

상기 담체(810)는 자갈, 세라믹, 플라스틱, 유리 및 질석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 제1코팅층(820)은 상기 담체(810)들에 코팅되며, 석유수지 100 중량부에 대하여 유기산 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부; 시클로헥실아민아질산염 0.01 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 3 중량부; 및 규산칼슘 0.01 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량부를 포함한다.

이 때, 상기 제1코팅층(820)은 담체(810)의 표면에 코팅되어 담체(810)와 접착제층(830)의 결합을 향상시킴으로써 상기 담체(810)이 접착제층(830)에서 분리되는 것을 방지할 수 있다.

상기 제1코팅층(820)의 두께는 0.01 내지 1 mm, 바람직하게는 0.05 내지 0.5 mm이다.

단, 상기 제1코팅층(820)의 두께가 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 상기 제1코팅층(820)과 접착제층(830)의 결합력이 저하될 수 있다.

상기 석유수지는 제1코팅층(820)과 접착제층(830)의 결합력을 향상시켜주는 물질로서, 구체적으로 로진수지, 테레펜 수지 또는 이들의 혼합 수지를 들 수 있으며, 바람직하게는 로진수지를 들 수 있다.

또한, 상기 유기산은 담체(810)와 제1코팅층(820) 간의 결합력을 향상시킴으로써 담체(810)에 직접 접착제층(830)이 형성되는 경우에 장기간 사용 시 접착제층(830)이 담체(810)로부터 탈락되는 현상을 방지하는 물질로서, 구체적으로 아디픽산, 퓨마릭산, 스테아린산, 올레인산, 필미틱산, 라우릴산, (무수)말레인산 및 (무수)테레프탈산로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.

또한, 유기산의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 담체(810)와 제1코팅층(820) 간의 결합력이 저하될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 담체(810)와 제1코팅층(820) 간의 결합력은 향상되지만 제1코팅층(820)과 접착제층(830) 간의 결합력이 저하될 수 있다.

또한, 상기 시클로헥실아민아질산염은 유기산과 함께 사용되어 담체(810)와 제1코팅층(820) 간의 결합력을 향상시킬 뿐만 아니라 제1코팅층(820)의 강도를 향상시키는 물질이다.

시클로헥실아민아질산염의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 담체(810)와 제1코팅층(820) 간의 결합력 및 제1코팅층(820)의 강도가 저하될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 추후 경화과정에서 크랙이 발생할 수 있다.

또한, 상기 규산칼슘은 석유수지와 함께 사용되어 제1코팅층(820)과 접착제층(830)의 결합력을 향상시킬 수 있다.

규산칼슘의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 제1코팅층(820)과 접착제층(830)의 결합력이 저하될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 제1코팅층(820)과 접착제층(830)의 결합력이 저하될 수 있다.

상기 접착제층(830)은 상기 담체(810)들의 표면에 도포되어 상기 담체(810)들을 상호 접합시킨다.

이 때, 상기 접착제층(830)은 에폭시 수지와 탄산칼슘이 1 : 0.1-0.3의 중량비로 혼합된 수지제 100 중량부에 대하여, 에폭시 아민 어덕트와 폴리아마이드가 1 : 0.6-0.8의 중량비로 혼합된 경화제 40 내지 60 중량부, 카본블랙 0.5 내지 1 중량부, 이산화규소 5 내지 10 중량부, 산화알루미늄 1 내지 8 중량부, 플라이애시 1 내지 30 중량부, 메타카올린 0.01 내지 10 중량부, 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜 공중합체 0.01 내지 10 중량부 및 소성된 하소백운석 0.01 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.

상기 수지제는 에폭시 수지와 탄산칼슘이 1 : 0.1-0.3의 중량비로 혼합된 것으로서, 에폭시 수지와 탄산칼슘이 상기 범위를 만족하지 못한 경우에는 8,000±1,000 cps 점도를 갖는 수지제를 수득할 수 없으며, 이에 따라, 접착제층(830)의 접착력이 저하될 수 있다.

또한, 상기 경화제는 에폭시 아민 어덕트와 폴리아마이드가 1 : 0.6-0.8의 중량비로 혼합된 것으로서, 에폭시 아민 어덕트와 폴리아마이드가 상기 범위를 만족하지 못한 경우에는 200±50 cps 점도를 갖는 경화제를 수득할 수 없으며, 이에 따라 접착제층(830)의 접착력이 저하될 수 있다.

상기 경화제의 함량이 상기 바람직한 범위를 벗어나는 경우에는 접착제층(830)의 접착력이 저하될 수 있다.

또한, 상기 카본블랙은 빛에 민감한 에폭시 수지를 빛으로부터 보호할 뿐만 아니라 표면적을 넓혀 미생물을 다량 부착시킬 수 있다.

상기 카본블랙의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 빛에 의해 에폭시 수지가 노화되어 시간이 흐를수록 결합력이 급격히 저하되고 미생물의 부착량이 낮아질 수 있다.

또한, 상기 이산화규소는 에폭시계 수지제와 사용 시 압축강도를 현저히 향상시키는 물질로서, 이산화규소의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 압축강도가 저하될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 공극의 형성을 방해할 수 있다.

또한, 상기 산화알루미늄은 에폭시계 수지제 및 이산화규소와 함께 사용되어 압축강도를 현저히 향상시키는 물질로서, 산화알루미늄의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 요구되는 압축강도(3.8 MPa)보다 낮아질 수 있다.

또한, 상기 플라이애시는 포졸란 특성을 가져 접착제층(830)의 강도 및 내구성을 향상시키는 물질이다. 플라이애시의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 강도 및 내구성이 저하될 수 있다.

또한, 상기 메타카올린 역시 포졸란 특성을 가지는 것으로서, 상기 플라이애시와 함께 사용 시 접착제층(830)의 강도 및 내구성을 현저히 향상시킨다. 메타카올린의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 강도 및 내구성이 향상되지 못할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 강도 및 내구성이 오히려 저하될 수 있다.

또한, 상기 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜 공중합체는 경화시 접착제층(830)에 크랙이 형성되는 것을 방지한다. 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜 공중합체의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 공극의 수가 줄어들고 경화시 크랙이 발생할 수 있다.

또한, 상기 소성된 하소백운석은 탄산염 광물인 백운석을 900 내지 1,000 도로 소성(slaking)시킨 것으로 소성시킨 백운석의 전체 구성성분 중 산화마그네슘(MgO)이 32 내지 35 중량%, 산화칼슘(CaO)이 50 내지 55 중량% 포함되어 있고, 폴리옥시에틸렌-폴리프로필렌글리콜 공중합체와 사용 시 다수의 공극을 용이하게 형성시킬 수 있으며 같은 면적이라도 소성된 하소백운석을 사용하면 더 많은 미생물이 부착된다. 또한, 포졸란 반응에 필요한 칼슘이온의 공급원으로 사용되어 접착제층(830)의 강도 및 내구성을 향상시키는데 기여할 수 있다.

상기 소성된 하소백운석의 함량이 상기 바람직한 범위를 벗어나는 경우에는 원하는 만큼의 공극이 형성되지 못하고 미생물이 다량으로 부착되지 못할 수 있다.

상기 물질들로 이루어진 접착제는 110 내지 150 ㎏/㎠의 접착력을 가져 제1코팅층(820)과의 접착성이 우수하며, 접촉 가능한 가사시간은 30 내지 40분으로 상기 가사시간 내에서는 재접착이 용이하다.

또한, 상기 바이오스톤볼(800)은 상기 접착제층(830)의 표면에 코팅되며 다공성 구조로 형성된 제2코팅층(840)을 포함하여, 상기 제2코팅층(840)의 다공에 미생물이 충진되어 상기 다공을 통해 안정적으로 생장 및 증식하는 미생물들 및 상기 접착제층(830)에서 안정적으로 생장 및 증식하는 미생물들로 유기물을 분해시켜 자정작용을 수행하게 할 수 있다.

상기 제2코팅층(840)은 경화된 상기 바이오스톤볼(800)의 표면에 유ㅇ무기코팅제를 고압분사로 분사하여 상기 바이오스톤볼(800)의 외부에만 코팅(즉, 상기 바이오스톤볼(800)의 외부에서는 접착제층(830) 상부에 코팅)되고, 내부에는 코팅되지 않는다.

상기 제2코팅층(840)은 고압분사로 코팅되어 다수의 공극과 다수의 관통홀이 함께 형성된다. 이는 유ㅇ무기코팅제가 수지의 함량에 비해 고형물의 함량이 많은 형태이므로 고압분사로 코팅시 공극이 형성되고 또한, 접착제층(830)의 상면에 부착되었다가 일부 고형물이 탈락하면서 관통홀이 형성된다. 상기 유ㅇ무기코팅제를 고압분사가 아닌 일반 스프레이분사 또는 침지 등의 방법으로 코팅시키는 경우에는 제1코팅층(820)에 공극이 제대로 형성되지 않을 뿐만 아니라 관통홀이 전혀 형성되지 않는다. 상기 공극은 결합된 무기물 입자간 사이의 공간으로도 형성된다.

또한, 상기 제2코팅층(840)에 형성된 다수의 공극에는 다량의 미생물이 충진(부착)될 수 있다. 상기 바이오스톤볼(800)에 사용되는 미생물은 오염수를 자정시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 복합유용미생물 및 박테리아로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.

상기 제2코팅층(840)의 두께는 0.05 내지 1 mm, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mm이다. 제2코팅층(840)의 두께가 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 공극이 다량 생성되지 않으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 관통홀이 형성되지 않으며 고형물이 쉽게 탈락되어 오염수를 더욱 오염시킬 수 있고 자정능력이 저하될 수 있다.

상기 제2코팅층(840)은 엘라스토머수지 100 중량부에 대하여 슝기트 분말 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부; 해조류 분말 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 5 내지 8 중량부; 산화철 0.01 내지 10 중량부, 바람직하게는 2 내지 8 중량부; 마그네사이트 1 내지 15 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부; 알지네이트 1 내지 15 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부; 돌로마이트 1 내지 15 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부; 유기섬유 0.1 내지 5 중량부, 바람직하게는 2 내지 4 중량부; 무기섬유 0.1 내지 5 중량부, 바람직하게는 1 내지 3 중량부; 일라이트 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 5 내지 8 중량부; 및 펄라이트 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 5 내지 8 중량부를 포함한다.

상기 엘라스토머수지는 상기 바이오스톤볼(800)에 탄성을 부여하여 오염수에 의해 상기 바이오스톤볼(800)이 손상되는 것을 방지할 뿐만 아니라 무기물들을 서로 연결 및 고정시킨다.

또한, 상기 슝기트 분말은 자체로 오염수를 정화시키고 항균작용을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 미생물을 다량으로 부착시킬 수 있다. 슝기트 분말의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 미생물의 부착량이 저하될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 경도가 저하될 수 있다.

또한, 상기 해조류 분말은 미생물을 다량으로 부착시킬 수 있을 뿐만 아니라 부착된 미생물을 생장시켜 오염수에 대한 자정효과를 높일 수 있는 물질로서, 구체적으로 녹조류, 갈조류 및 홍조류로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다. 상기 녹조류로는 가시파래, 청태, 해캄, 파래, 청각, 구슬청각, 옥덩굴, 염주말 등이 사용될 수 있으며; 상기 갈조류로는 미역, 다시마, 미역쇠, 감태, 곰피, 대황, 모자반, 지충이, 톳 등이 사용될 수 있고; 상기 홍조류로는 김, 우뭇가시리, 불등가시리, 코토니, 개새우, 참풀가사리, 꼬시래기 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

상기 해조류분말은 해조류를 정제수로 세척하는 세척단계와, 세척된 해조류를 8~9시간 건조하는 건조단계와, 상기 건조된 해조류를 용매로 40~90 도에서 4~5시간 추출한 후 감압농축하여 엑기스를 수득하는 단계와, 상기 수득된 엑기스를 8~9시간 열풍건조하는 열풍건조단계와, 상기 건조된 해조류를 50~100 mesh로 분말화하는 단계를 거쳐 만든다.

상기 해조류 분말의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 미생물의 부착량이 저하되고 미생물이 성장할 수 없으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 해조류 분말에 의해 오염물질이 발생할 수 있다.

또한, 상기 산화철은 오염수에 함유된 미량의 유해물질을 제거할 수 있으며 다수의 공극을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 제1코팅층(820)의 강도를 향상시키는 것으로서, 내부다공율 22%, 외부공극 37%, 표면적 20 ㎡/g인 것을 사용한다.

상기 산화철의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 형성되는 공극의 수가 줄어들 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 강도가 저하될 수 있다.

또한, 상기 마그네사이트 역시 오염수에 함유된 미량의 유해물질을 제거할 수 있으며 다수의 공극을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 산화철과 함께 사용 시 제1코팅층(820)의 강도를 더욱 향상시키는 것으로서, 내부다공율 75%, 외부공극 45%, 표면적 200 ㎡/g인 것을 사용한다.

상기 마그네사이트의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 형성되는 공극의 수가 줄어들 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 쉽게 크랙이 발생할 수 있다.

또한, 상기 알지네이트는 미생물에 독성이 없으며 다수의 공극을 형성할 수 있다. 상기 알지네이트의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 형성되는 공극의 수가 줄어들 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 오히려 공극의 형성을 방해할 수 있다.

또한, 상기 돌로마이트는 엘라스토머수지와 함께 사용하여 제2코팅층(840)의 강도를 향상시키는 물질로서 최외각에 구비되는 제2코팅층(840)이 쉽게 탈락되는 것을 방지한다. 상기 돌로마이트의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 제2코팅층(840)의 강도가 저하되어 시간이 흐름에 따라 제1코팅층(820)이 탈락되어 오염수를 더욱 오염시킬 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 제1코팅층(820)의 강도가 저하되고 공극의 형성을 방해할 수 있다.

또한, 상기 유기섬유는 제2코팅층(840)의 부착강도를 증진시키고 내충격성을 향상시키는 것으로서, 구체적으로 섬유질 상태로 파쇄한 종이 분쇄물, 목재분 및 식물성 화이버로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.

상기 유기섬유의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 강도 및 내충격성이 향상되지 못할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 부착강도가 저하될 수 있다.

또한, 상기 무기섬유는 유기섬유와 함께 사용 시 압축강도 또는 인장강도를 더욱 증가시킬 뿐만 아니라 제1코팅층(820)의 탄성을 유지시키는 물질로서, 구체적으로 암면, 글라스울, 현무암면 및 세라믹울로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.

상기 무기섬유의 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 압축강도 또는 인장강도가 향상되지 못할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 더 이상 효과가 향상되지 않아 경제적이지 못할 수 있다.

또한, 상기 일라이트 및 펄라이트는 함께 사용되어 제1코팅층(820)의 압축강도를 향상시킬 뿐만 아니라 다수의 공극을 형성할 수 있다. 상기 일라이트 및 펄라이트의 각 함량이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 압축강도가 향상되지 못할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 오히려 압축강도가 저하될 수 있다.

상기 담체(810)는 평균직경이 2 내지 3 cm인 것을 사용하며, 상기 크기의 다수의 담체(810)가 접합되어 수득된 상기 바이오스톤볼(800)은 평균직경이 8 내지 12 cm, 바람직하게는 9 내지 10 cm이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 바이오스톤볼(800)의 평균직경이 상기 바람직한 범위를 만족해야 표면적과 공극이 모두 우수한 범위 내에 있다. 평균직경이 상기 바람직한 범위의 하한치 미만인 경우에는 표면적이 높지만 공극이 낮아 좁은 공극으로 인해 오염수의 흐름 저항이 증가되어 폐색현상(clogging)이 발생할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 공극이 높지만 표면적이 낮아 자정효과가 저하될 수 있다.

또한, 상기 바이오스톤볼(800)은 최대 유효수심이 5 m인 제3여과부(323)에 사용되는데, 일반적으로 제3여과부(323)에 적용 시 상기 바이오스톤볼(800)의 최대 적층수는 55 ea이고, 상기 바이오스톤볼(800)의 중량은 0.6-0.7 kg/ea이며, 바닥층의 상기 바이오스톤볼(800)에 가해지는 힘이 365 내지 375 N임을 고려하면 상기 바이오스톤볼(800)에 요구되는 압축강도는 3.8 MPa 이상이어야 한다. 상기 바이오스톤볼(800)의 압축강도는 4.3 내지 4.6 MPa이므로 요구되는 압축강도 이상의 우수한 압축강도를 보인다.

상기 바이오스톤볼(800)은 오염수가 상기 바이오스톤볼(800)을 통과하면 상기 바이오스톤볼(800)에 형성된 다수의 공극(제2코팅층(840)에 형성된 공극, 접착된 담체(810) 사이에 형성된 공극 등)에서 오염 물질의 확산, 분리, 접촉, 침전 및 인력 등의 물리적 작용을 수행하여 고형물을 제거할 뿐만 아니라, 상기 공극에 부착된 미생물이 오염수와 접촉하면 미생물에 의해 오염수에 함유된 유기물 및 질소 성분 등도 제거된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1, 1` : 무토양 식생기반재
1a : 웨이브면
10 : 식생매트
11 : 타공
20 : 망체
30 : 부력재
40 : 어소
2 : 하부포설재
100 : 침강지
200 : 식생접촉여과산화지
210 : 식생수로
211 : 차폐막
212 : 부직포
213 : 플륜관
214 : 그레이팅
300 : 경사형 구심향습지
311 : 월류벽
320 : 여과모듈
321 : 제1여과부
322 : 제2여과부
323 : 제3여과부
324 : 차수막
330 : 배출부
340 : 배출연못
350 : 여과프레임
360 : 격벽
500 : 방류관
600 : 바이오담체
700 : 충진재
800 : 바이오스톤볼
810 : 담체
820 : 제1코팅층
830 : 접착제층
840 : 제2코팅층
900 : 수평관

Claims

무토양 식생기반재(1`)가 오염수에 부유하게 설치되며, 오염수에 포함된 오염물질이 수생식물의 뿌리에 여과되거나 침강작용에 의해 침강되어 제거되는 침강지(100);
무토양 식생기반재(1)가 바닥면에 설치되며, 상기 침강지(100)에서 이송된 오염수가 상기 무토양 식생기반재(1)의 표면으로 유동되면서 오염물질이 여과되는 식생접촉여과산화지(200);
상기 식생접촉여과산화지(200)에서 이송된 오염수가 중심방향으로 유동되면서 오염물질이 여과되는 경사형 구심향습지(300); 및
상기 구심향습지(300)에서 여과된 처리수가 방류되는 방류관(500)을 포함하며,
상기 경사형 구심향습지(300)는,
상기 식생접촉여과산화지(200)에서 이송된 오염수가 저장되며, 내부에 원주방향으로 월류벽(311)이 설치된 저장부(310);
상기 저장부(310)의 내부에 배치되되, 상하면이 밀폐되고, 상면이 구심방향으로 갈수록 낮아지는 경사면으로 형성되며, 외벽과 내벽이 개방된 구조를 가지며, 상기 저장부(310)에 저장된 오염수가 외벽의 원주방향으로 균일하게 공급되고 구심방향으로 유동되면서 오염수에 포함된 오염물질을 여과하여 처리수를 생성하는 여과모듈(320);
상기 여과모듈(320)의 중심에 배치되고, 상단이 개방되며, 상기 여과모듈(320)에서 유입된 처리수가 구심방향으로 유입되어 상부로 배출되는 배출부(330); 및
상기 여과모듈(320)의 상기 경사면의 상부에 형성되고, 상기 방류관(500)이 배치되며, 상기 배출부(330)의 상부로 배출된 처리수가 저장되는 배출연못(340)을 포함하는 인공습지 수처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 여과모듈(320)은,
내부에 마련되되, 바이오담체(600)가 수용된 제1여과부(321);
내부에 마련되되, 미생물코팅액으로 코팅된 충진재(700)가 수용된 제2여과부(322); 및
내부에 마련되되, 바이오스톤볼(800)이 수용된 제3여과부(323);를 포함하되,
상기 제1여과부(321)와 상기 제2여과부(322)와 상기 제3여과부(323)는 외벽에서 내벽을 향하여 순차로 배치되며, 상기 제1여과부(321)에서 상기 제3여과부(323)로 갈수록 공극률이 증가되는 인공습지 수처리 시스템.
제2항에 있어서,
상기 바이오담체(600)는, 바텀애쉬를 성형 소성한 가벼운 골재의 표면에 천연셀룰로스, 백토와 함께 수처리용 미생물코팅액을 함침시켜 건조 및 코팅처리한 것이며,
상기 충진재(700)는, 암석을 파쇄한 인공골재나 자갈의 표면에 수처리용 미생물코팅액을 함침 또는 분사하여 코팅후 건조한 것이며,
상기 바이오스톤볼(800)은, 자갈, 세라믹, 플라스틱, 유리 및 질석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 다수의 담체(810)와, 상기 담체(810)들의 표면에 코팅되며, 석유수지 100 중량부에 대하여 유기산 1 내지 20 중량부, 시클로헥실아민아질산염 0.01 내지 10 중량부 및 규산칼슘 0.01 내지 5 중량부를 포함하는 제1코팅층(820)와, 상기 담체(810)들의 표면에 코팅된 상기 제1코팅층(820)의 표면에 도포되어 상기 담체(810)들을 상호 접합시키는 접착제층(830)과, 상기 접착제층(830)에 의해 상호 접합된 상기 담체(810)들의 표면에 코팅되며 다공성 구조로 형성된 제2코팅층(840)을 포함하는 인공습지 수처리 시스템.
제2항에 있어서, 상기 경사형 구심향습지(300)는,
상기 제1여과부(321), 상기 제2여과부(322) 및 상기 제3여과부(323)의 바닥면에 다수개 설치되어 상기 바이오담체(600), 상기 충진재(700) 및 상기 바이오스톤볼(800)에 걸려있는 슬러지를 세척하는 세척노즐을 더 포함하는 인공습지 수처리 시스템.
제2항에 있어서, 상기 경사형 구심향습지(300)는,
상기 배출부(330)에 설치되며 상기 바이오스톤볼(800)이 충진된 여과프레임(350)을 더 포함하는 인공습지 수처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 여과모듈(320)의 상기 경사면에는 차수막(324) 및 상면이 웨이브진 웨이브면(1a)으로 형성된 무토양 식생기반재(1)가 순차적으로 설치되는 인공습지 수처리 시스템.
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