KR102583600B1

KR102583600B1 - 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템

Info

Publication number: KR102583600B1
Application number: KR1020230053818A
Authority: KR
Inventors: 길경익
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2023-04-25
Filing date: 2023-04-25
Publication date: 2023-09-26

Abstract

오염원으로부터 유입되는 피처리수의 유량을 저감시키고 피처리수 내에 함유된 탄소 및 미세먼지를 저감시킬 수 있는 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템가 개시된다.
개시된 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템은,
제1 수생식물이 식재되어 오염원으로부터 유입되는 피처리수의 유량을 저감하는 제1 습지부; 상기 제1 습지부로부터 유입된 피처리수 내에 함유된 탄소를 흡수하는 제2 수생식물이 식재되어 피처리수의 탄소 농도를 저감하는 제2 습지부; 상기 제2 습지부로부터 유입된 피처리수 내에 함유된 미세먼지를 흡수하는 제3 수생식물이 식재되어 피처리수의 미세먼지 농도를 저감하는 제3 습지부;를 포함한다.

Description

탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템 {Carbon and fine dust reduction artificial wetland system}

본 발명은 인공습지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오염원으로부터 유입되는 피처리수의 유량을 저감시키고 피처리수 내에 함유된 탄소 및 미세먼지를 저감시킬 수 있는 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수자원에 악영향을 미치는 요소로서, 수질 오염원은 점 오염원과 비점 오염원으로 구분되며 각각 다른 처리 방법을 이용하여 제어하게 된다.

우선, 점 오염원은 주거지역이나 산업체 등에서 배출되는 생활하수 및 산업폐수 등과 같이 배출지점이 뚜렷하면서도 한정된 오염원으로서 하수 처리장이나 폐수 처리장을 건설하여 쉽게 처리할 수 있다.

다음으로, 비점 오염물질은 주로 비가 올 때 지표면 유출수와 함께 유출되는 오염물질로서 농지에 살포된 비료나 농약, 토양 침식물, 축사 유출물, 교통 오염물질, 도시 지역의 먼지와 쓰레기, 동식물의 잔여물, 지표면에 떨어진 대기 오염물질 등이 빗물과 섞여서 오염수가 된 것을 말한다.

비점 오염물질은 주로 강우시에 발생하기 때문에 일간 및 계절간 배출량의 차이가 크고 예측과 정량화가 어려우며, 인위적 조절이 어려운 기상조건/지질/지형 등에 영향을 많이 받는 특성을 지니고 있다. 따라서 제도적으로 배출기준을 정하지 않고 있다.

여기서, 비점 오염원을 저감시키기 위한 처리방법은 인공습지, 식생 여과대, 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 자연정화 기법을 이용한 비점 오염원 저감기법으로서 인공습지에 의한 처리방법이 하나의 대안으로 대두되고 있다.

인공습지는 비점 오염물질을 처리하거나 강우 유출량을 제어할 수 있는 것으로 침전, 여과, 흡착, 미생물 분해, 식생 식물에 의한 정화 등 자연상태의 습지가 보유하고 있는 정화능력을 인위적으로 향상시켜 비점 오염물질을 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.

도 1은 종래의 인공습지가 도시된 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 인공습지는 점 오염원 또는 비점 오염원 등을 포함하는 오염원으로부터 유입되는 피처리수가 유입되는 유입구(1)와, 수생식물(B)이 식재되어 피처리수 내에 함유된 오염 물질을 제거하는 습지부(2)와, 오염 물질이 제거된 피처리수를 방류 수계로 배출하는 배출구(3)로 구성된다.

이러한 종래의 인공습지는 주로 오염물질 제거와 강우 유출수를 제어하는 목적으로 설치되어, 최근 문제가 되는 탄소나 미세먼지 저감에는 도움이 되지 않는 실정이다.

한국등록특허 제10-1815246호

본 발명은 오염원으로부터 유입되는 피처리수의 유량을 저감시키고 피처리수 내에 함유된 탄소 및 미세먼지를 저감시킬 수 있는 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 방류 수계로 방류되는 피처리수의 용존 산소 농도(DO)를 극대화할 수 있는 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템은,

제1 수생식물이 식재되어 오염원으로부터 유입되는 피처리수의 유량을 저감하는 제1 습지부; 상기 제1 습지부로부터 유입된 피처리수 내에 함유된 탄소를 흡수하는 제2 수생식물이 식재되어 피처리수의 탄소 농도를 저감하는 제2 습지부; 상기 제2 습지부로부터 유입된 피처리수 내에 함유된 미세먼지를 흡수하는 제3 수생식물이 식재되어 피처리수의 미세먼지 농도를 저감하는 제3 습지부;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템에 있어서, 상기 제1 수생식물은 염수 식물이고, 상기 제2 수생식물은 지피 식물이며, 상기 제3 수생식물은 관음죽, 백량금, 산호수 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템에 있어서, 상기 제1 습지부는, 상기 제1 수생식물이 식재되는 제1 습지모듈과, 상기 제1 습지부에 수용된 피처리수의 유량에 따라 그 위치가 가변되는 제1 공급관을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템에 있어서, 상기 제1 공급관은, 상기 제1 습지모듈에 저장된 피처리수가 유입되는 공급구와, 상기 공급구 하부에 부착되며 물에 의해 부상하여 상기 공급구의 위치를 가변시키는 부유체와, 상기 공급구의 상하 이동을 가이드하는 가이드 레일과, 상기 공급구 후단에 주름관 구조로 형성되는 자바라 부재와, 상기 자바라 부재의 후단에 연결 형성되는 직관 부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템에 있어서, 상기 제3 습지부의 배출관을 통해 배출된 피처리수가 수용되는 집수실과, 상기 집수실과 낙차를 이루도록 형성되어 상기 집수실에서 방류되면서 낙하하는 피처리수를 수용하는 DO 처리실을 더 포함할 수 있다.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면,

오염원으로부터 유입되는 피처리수의 유량을 저감시키고 피처리수 내에 함유된 탄소 및 미세먼지를 저감시켜서, 최근 이슈가 되고 있는 탄소 중립 정책 및 미세먼지 문제 해결에 기여할 수 있다.

또한, 피처리수의 용존 산소 농도를 극대화하여 용존 산소의 고갈 등으로인한 환경 오염을 감소시킬 수 있다.

도 1은 종래의 인공습지가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템이 도시된 도면이다.
도 3은 도 2의 A 영역이 확대 도시된 도면이다.
도 4는 도 3을 X축 방향에서 바라본 상태가 도시된 도면이다.
도 5는 피처리수의 유량(수위)에 따라 제1 공급관의 위치가 가변하는 상태가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템의 모티브가 된 실험이 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템이 도시된 도면이다.
도 8은 DO 처리실 내에 설치되는 낙하 가이드가 도시된 도면이다.
도 9는 낙하 가이드가 도시된 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템이 도시된 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치가 도시된 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템을 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템이 도시된 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템(이하, "인공습지 시스템"이라 함)은, 제1 습지부(10), 제2 습지부(20), 제3 습지부(30)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 제1 습지부(10), 제2 습지부(20), 제3 습지부(30)는 Z축 방향 높이가 점점 작아지도록 계단식으로 연결 형성되며, 피처리수는 제1 습지부(10), 제2 습지부(20), 제3 습지부(30)를 순차적으로 경유하도록 구성된다.

제1 습지부(10)는 점 오염원 또는 비점 오염원 등을 포함하는 오염원으로부터 유입되는 피처리수의 유량을 저감시킨다. 제1 습지부(10)는 피처리수가 유입되는 유입관(11)과, 제1 수생식물(B1)이 식재되어 피처리수를 일부 흡수하는 제1 습지모듈(12)과, 흡수되지 않은 피처리수를 제2 습지부(20)로 공급하는 제1 공급관(13)을 포함한다.

제1 수생식물(B1)은 다량의 물을 흡수하는 식물인 것이 바람직하며, 예를 들어 칼라디움이나 양귀비와 같이 뿌리로부터 염분을 제거하기 위해 많은 양의 물을 흡수하는 염수 식물이 될 수 있다.

제1 습지모듈(12)은 소정 형상, 예를 들어 상부가 개방된 육면체 형상으로 형성되어, 유입관(11)으로부터 유입되는 피처리수를 수용하고 하부에는 제1 수생식물(B1)이 식재될 수 있다.

제2 습지부(20)는 제1 습지부(10)로부터 유입된 피처리수 내에 함유된 탄소를 흡수하여 피처리수의 탄소 농도를 저감한다. 제2 습지부(20)는 제1 공급관(13)을 통해 공급된 피처리수가 수용되며, 제2 수생식물(B2)이 식재되어 피처리수 내에 함유된 탄소를 흡수하는 제2 습지모듈(22)과, 피처리수를 제3 습지부(30)로 공급하는 제2 공급관(23)을 포함한다.

제2 수생식물(B2)은 탄소를 흡수하여 탄소 저감에 특화된 식물로서, 예를 들어, 연간 탄소 흡수량이 1㎡당 3kg 정도되는 박하, 자엽국수, 구절초 등의 지피 식물이 될 수 있다.

제2 습지모듈(22)은 소정 형상, 예를 들어 상부가 개방된 육면체 형상으로 형성되어, 제1 공급관(13)으로부터 유입되는 피처리수를 수용하고 하부에는 제2 수생식물(B2)이 식재될 수 있다.

제2 공급관(23)은 제2 습지모듈(22)의 하부 측면에 형성되어 제2 수생식물(B2)에 의해 탄소가 흡수된 피처리수를 제3 습지부(30)로 공급한다.

제3 습지부(30)는 제2 습지부(10)로부터 유입된 피처리수 내에 함유된 미세먼지를 흡수하여 피처리수의 미세먼지 농도를 저감한다. 제3 습지부(30)는 제2 공급관(23)을 통해 공급된 피처리수가 수용되며, 제3 수생식물(B3)이 식재되어 피처리수 내에 함유된 미세먼지를 흡수하는 제3 습지모듈(32)과, 피처리수를 외부의 방류 수계(W)로 배출하는 배출관(33)을 포함한다.

제3 수생식물(B3)은 미세먼지를 흡수하여 미세먼지 저감에 특화된 식물로서, 예를 들어, 연간 미세먼지 흡수량이 1㎡당 3kg 정도되는 관음죽, 백량금, 산호수 등의 식물이 될 수 있다.

제3 습지모듈(32)은 소정 형상, 예를 들어 상부가 개방된 육면체 형상으로 형성되어, 제2 공급관(23)으로부터 유입되는 피처리수를 수용하고 하부에는 제3 수생식물(B3)이 식재될 수 있다.

배출관(33)은 제3 습지모듈(32)의 하부 측면에 형성되어 제3 수생식물(B2)에 의해 미세먼지가 흡수된 피처리수를 외부의 방류 수계(W)로 배출한다.

한편, 제1 습지부(10)로 유입되는 피처리수의 양이 항상 일정한 것은 아니다. 그러나, 피처리수의 양의 대소와 관계없이 항상 일정량 이상의 피처리수가 제2 습지부(20) 및 제3 습지부(30)로 공급되어 탄소 및 미세먼지가 저감될 필요가 있다. 이에, 본 발명에서 제1 공급관(13)은 제1 습지모듈(12)에 수용된 피처리수의 유량(수위)에 따라 그 위치가 가변되어 항상 일정량 이상의 피처리수를 제2 습지부(20)로 공급할 수 있도록 한다.

이러한 제1 공급관(13)에 대해 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2의 A 영역이 확대 도시된 도면이고, 도 4는 도 3을 X축 방향에서 바라본 상태가 도시된 도면이며, 도 5는 피처리수의 유량(수위)에 따라 제1 공급관의 위치가 가변하는 상태가 도시된 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 공급관(13)은 공급구(13a), 부유체(13b), 가이드 레일(13c), 자바라 부재(13d), 직관 부재(13e)를 포함할 수 있다.

공급구(13a)는 제1 습지모듈(12)에 저장된 피처리수가 유입되는 개구이다.

부유체(13b)는 공급구(13a) 하부에 부착되며 물에 의해 부상할 수 있다. 부유체(13b) 내부에는 공기가 채워져 있으며, 부유체(13b) 내부에 채워진 공기의 양이 조절되어, 공급구(13a)의 적어도 일부에 피처리수가 유입될 수 있도록 한다.

부유체(13b)는 제1 습지모듈(12)에 수용된 피처리수의 유량(수위)에 따라 공급구(13a)의 위치를 가변시킨다.

가이드 레일(13c)은 공급구(13a)의 상하 이동을 가이드한다. 즉, 부유체(13b)에 의해 공급구(13a)의 위치가 상하 이동할 때, 공급구(13a)를 지지하여 공급구(13a)의 상하 이동을 가이드한다. 공급구(13a)의 양측면에는 가이드 레일(13c)에 이동 가능하도록 연결된 지지 부재(13a1)가 형성될 수 있다.

자바라 부재(13d)는 주름관 구조의 배관으로, 공급구(13a) 후단에 형성되어, 공급구(13a)와 직관 부재(13e)를 연결한다. 공급구(13a)의 상하 이동에 의한위치가 가변될 때, 자바라 부재(13d)는 탄성적으로 압축 또는 신장되어 공급구(13a)와 직관 부재(13e)를 연결한다. 제1 습지부(10)와 제2 습지부(20) 사이에는 자바라 부재(13d)의 탄성 변형을 보조하는 공간이 형성된다.

직관 부재(13e)는 자바라 부재(13d)의 후단에 연결 형성되며, 자바라 부재(13d)와는 달리 고정된 형상이다.

도 5의 (a)와 같이, 피처리수의 유량(수위)이 적으면, 공급구(13a)는 하방의 소정 위치에 위치하여 피처리수를 제2 습지부(20)로 공급한다. 이후, 도 5의 (b)와 같이, 피처리수의 유량(수위)이 증가하면, 공급구(13a)는 부유체(13b)에 의해 상방의 소정 위치로 이동하여 피처리수를 제2 습지부(20)로 공급한다.

이와 같이, 제1 공급관(13)은 제1 습지모듈(12)에 수용된 피처리수의 유량(수위)에 따라 그 위치가 가변되어 항상 일정량 이상의 피처리수를 제2 습지부(20)로 공급할 수 있도록 한다.

상기와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템에 의하면, 오염원으로부터 유입되는 피처리수의 유량을 저감시키고 피처리수 내에 함유된 탄소 및 미세먼지를 저감시켜서, 최근 이슈가 되고 있는 탄소 중립 정책 및 미세먼지 문제 해결에 기여할 수 있다.

한편, 도시, 산업단지, 도로변 등에 산재된 오염원이 하천, 호소 등에 유입됨에 따라 높은 오염 부하와 용존 산소의 고갈 등으로 생태계 파괴의 원인을 제공하여 심각한 환경 오염원이 됨으로써 수계 오염부하를 증대시키는 요인이 되고 있다.

본 발명의 발명자들은 도 6의 실험 장치를 이용하여 하천 등에 방류되는 방류수에 포함된, 오염물질에 영향을 미치는 DO(Dissolved Oxygen)의 농도 변화를 측정하였다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템의 모티브가 된 실험이 도시된 도면과 그 결과 표 및 그래프이다.

본 발명의 발명자들은 제1 용기(A1)를 제2 용기(A2)와 이격시켜서 상부에 설치하고, 제1 용기(A1)에 담긴 피처리수를 제2 용기(A2)로 낙하시킨 전후의 피처리수의 DO 농도 변화를 측정하였다.

측정 결과, 도 6의 표와 같이 제1 용기(A1)와 제2 용기(A2)가 이격된 수직 거리("낙차"라 함)가 변함에 따라 DO 농도도 변화함을 확인하였다. 다만, 낙차 크기가 커짐에 따라 DO 농도의 증가량이 커지는 것이 아니라, 적정 높이까지는 DO 농도의 증가량이 커지게 되나, 적정 높이를 초과하는 경우 DO 농도의 증가량은 감소하는 것을 확인하였다. 즉, 도 6의 표 및 그래프를 참조하면, 실험 장치에 의할 때, 낙차가 30cm 미만일 때, DO 농도 증가량은 점점 증가하다가, 낙차가 30cm일 때 DO 농도 증가량은 가장 최대가 되나, 그 보다 커질때(30cm)에는 DO 농도 증가량이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.

즉, 낙차 크기와 DO 농도 증가량은 정비례하는 것이 아니라, 적정 높이(이하"기준 높이"라고도 함)까지는 정비례하되, 기준 높이 이후에는 반비례함을 확인할 수 있었다.

본 발명의 발명자들은 상기와 같은 피처리수의 낙하 크기와 DO 농도 증가량의 관계로부터 착안하여 도 7에 예시된 바와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템을 설계하였다.

이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템에 대해 설명한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템이 도시된 도면이고, 도 8은 DO 처리실 내에 설치되는 낙하 가이드가 도시된 도면이며, 도 9는 낙하 가이드가 도시된 평면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템은, 제1 습지부(10), 제2 습지부(20), 제3 습지부(30), 집수실(100), DO 처리실(200)를 포함한다. 제1 습지부(10), 제2 습지부(20), 제3 습지부(30)는 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로 반복 설명은 생략한다.

제3 습지부(30)의 배출관(33)을 통해 배출된 탄소 및 미세먼지 농도가 저감된 방류수(이하, "피처리수"라 함)는 집수실(100)에 일시 수용된다.

DO 처리실(200)은 수직 방향으로 길게 연장되어 형성되며, 집수실(100)의 배출 라인(110)과 연결 형성된다. DO 처리실(200)은 집수실(100)과 낙차를 이루도록 형성되어, 집수실(100)에서 방류되면서 낙하하는 피처리수를 수용한다. 이때, 집수실(100)의 배출 라인(110)과 DO 처리실(200)의 저면과의 높이(H)는, 도 6의 실험과 유사하게 반복 수행하여, 피처리수 낙하로 인한 DO 농도 증가량이 최대가 되는 높이로 설정될 수 있다. 집수실(100)은 도 6의 제1 용기(A1)에 해당하고, DO 처리실(200)은 도 6의 제2 용기(A2)에 해당한다.

집수실(100)에서 DO 처리실(200)로 낙하하는 피처리수는 낙하에 의해 DO 농도가 증가하여 피처리수에 용존하는 산소량이 증가하면서 물고기나 다른 생물의 호흡에 이용되면서, 용존 산소 고갈 등으로 인한 생태계 파괴, 환경 오염 등을 감소시킬 수 있다. 특히, 도 6의 실험과 유사하게 반복 수행하여, 최적의 기준 높이를 설정함으로써, 집수실(100)에서 배출되는 피처리수의 용존 산소 농도(DO)를 극대화할 수 있다.

한편, 집수실(100)의 배출 라인(110)에서 DO 처리실(200)로 낙하하는 피처리수는, 배출 라인(110)과 근접한 위치에서 다량으로 낙하하고, 배출 라인(110)과 먼 위치에서 상대적으로 소량으로 낙하하여, 낙하로 인한 DO 농도 증가가 불균일하거나, DO 농도 증가의 효과가 감소될 수 있다.

이에, DO 처리실(200) 내에는 피처리수가 균일한 양으로 낙하하도록 하는 낙하 가이드(210)가 선택적으로 설치될 수 있다.

도 8을 참조하면, 낙하 가이드(210)는 DO 처리실(200)의 일측 내벽에서 타측 내벽으로 수평 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 낙하 가이드(210)는 집수실(100)의 배출 라인(110)의 단부와 연접하여 수평 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 낙하 가이드(210)는 복수개의 낙하홀(211)이 형성된 다공성 판 부재로 형성될 수 있다.

그리고, 도 9를 참조하면, 배출 라인(110)과 가장 인접한 위치의 낙하홀(211a)의 직경이 가장 작게 형성되고, 배출 라인(110)과 가장 먼 위치의 낙하홀(211b)의 직경이 가장 크게 형성되며, 그 사이의 낙하홀(211c)은 배출 라인(110)에서 멀어질수록 직경이 점점 커지도록 형성될 수 있다.

이와 같이 배출 라인(110)과 인접할수록 낙하홀의 직경이 작게 형성되므로, 배출 라인(110)과 인접한 낙하홀 위를 흐르는 피처리수의 유량은 상대적으로 크고 우선적으로 피처리수가 적게 낙하하게 되고, 배출 라인(110)과 멀수록 후순위이면서 피처리수의 유량은 작아지나 피처리수가 통과할 직경은 크게 된다. 그 결과, 낙하 가이드(210)에 의해 전체적으로 균일한 양의 피처리수 낙하를 유도할 수 있게 되어, 불균일한 낙하로 인한 DO 농도 증가의 효과 감소를 방지할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템이 도시된 도면이다.

전술한 제2 실시예의 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템에 의하면, 집수실(100)과 DO 처리실(200) 간의 낙차가 고정 설치되어, 운영 중 여러 요인에 의해 피처리수 낙하로 인한 DO 농도 증가량의 변화를 대처할 수 없게 되는 단점이 있다. 즉, 어떠한 요인에 의해 DO 농도 증가량이 최대인 낙차를 이루는 적정 높이인 기준 높이가 변화할 경우에 최적 조건을 유지할 수 없게 되는 단점이 있다. 이에, 본 실시예에서는 기준 높이가 변화하는 경우에도 최적 조건을 유지할 수 있도록 하는 한다.

구체적으로, 도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템은, 제1 습지부(10), 제2 습지부(20), 제3 습지부(30), 집수실(100), DO 처리실(200), 낙차 조절부(300)를 포함한다. 제1 습지부(10), 제2 습지부(20), 제3 습지부(30), 집수실(100), DO 처리실(200) 등은 전술한 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로 반복 설명은 생략한다.

낙차 조절부(300)는 방류 수계(W)로 방출되는 피처리수의 DO 농도를 측정하여 DO 농도 증가량을 산출하고, 산출된 DO 농도 증가량이 최대가 되는 기준 높이를 도출하여, 집수실(100)과 DO 처리실(200) 간의 낙차 높이가 기준 높이가 되도록 조절한다.

이를 위해, 낙차 조절부(300)는 승강 플레이트(310), 승강 로드(320), DO 센서(330), 승강 제어부(340)를 포함할 수 있다.

승강 플레이트(310)는 DO 처리실(200) 내에 설치되는 판 부재일 수 있다. 승강 플레이트(310)는 DO 처리실(200)의 수평 단면 형상에 대응하는 형상으로 형성된다. 승강 플레이트(310)는 승강 로드(320)에 의해 상하로 이동되면서 집수실(100)에서 방출되는 피처리수의 낙차 거리를 조절할 수 있다.

DO 센서(330)는 낙차 거리가 조절된 상태에서 DO 처리실(200)에서 방류 수계(W)로 방출되는 피처리수의 DO 농도를 측정한다. DO 센서(330)는 물의 용존 산소 농도를 측정하는 센서로, 광학적 방식의 센서, 전기화학적 방식의 센서가 사용될 수 있다. 광학 DO 센서는 물 속에서 산소 농도를 측정하고, 전기화학 DO 센서는 센서 내부의 전극에서 전기화학 반응을 이용하여 산소 농도를 측정할 수 있다.

승강 제어부(340)는 DO 센서(330)의 측정값을 피드백하여 승강 플레이트(310)를 조절한다. 구체적으로, 승강 제어부(340)는 DO 센서(330)에서 측정된 DO 농도값으로부터 DO 농도 증가량을 산출하고, 산출된 DO 농도 증가량 추이를 추적하여, DO 농도 증가량이 최대가 되는 기준 높이를 도출한다. 그리고, 승강 제어부(340)는 승강 로드(320)의 동작을 제어하여 승강 플레이트(310)가 기준 높이가 되도록 한다.

이와 같은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템은, 어떠한 요인에 의해 DO 농도 증가량이 최대인 낙차를 이루는 기준 높이가 변화할 경우에도 DO 농도 증가량이 최대가 될 수 있도록 한다.

한편, 집수실(100), DO 처리실(200) 등은 밀폐된 지형 내부에 매설 설치될 수도 있으므로, DO 농도 증가에 기여하는 산소의 공급이 필요할 수 있다. 이에, DO 처리실(200)은 외부와 연통하는 산소 공급라인(L1, 도 7 참조)이 설치되거나, 내부 일 영역에 설치되는 산소 공급유닛(L2, 도 7 참조)을 더 포함할 수 있다. 이는 도 10의 경우에도 동일하다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 11의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 낙차 조절부(300)의 하드웨어적인 구성일 수 있다.

도 11의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.

메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10 : 제1 습지부
20 : 제2 습지부
30 : 제3 습지부
100 : 집수실
200 : DO 처리실
300 : 낙차 조절부

Claims

제1 수생식물이 식재되어 오염원으로부터 유입되는 피처리수의 유량을 저감하는 제1 습지부;
상기 제1 습지부로부터 유입된 피처리수 내에 함유된 탄소를 흡수하는 제2 수생식물이 식재되어 피처리수의 탄소 농도를 저감하는 제2 습지부;
상기 제2 습지부로부터 유입된 피처리수 내에 함유된 미세먼지를 흡수하는 제3 수생식물이 식재되어 피처리수의 미세먼지 농도를 저감하는 제3 습지부;
상기 제3 습지부의 배출관을 통해 배출된 피처리수가 수용되는 집수실과 낙차를 이루도록 형성되어 상기 집수실에서 방류되면서 낙하하는 피처리수를 수용하는 DO 처리실; 및,
방류 수계로 방출되는 피처리수의 DO 농도를 측정하여 DO 농도 증가량을 산출하고, 산출된 DO 농도 증가량이 최대가 되는 기준 높이를 도출하여, 상기 집수실과 상기 DO 처리실 간의 낙차 높이가 기준 높이가 되도록 조절하는 낙차 조절부;
를 포함하는, 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 습지부는,
상기 제1 수생식물이 식재되는 제1 습지모듈과,
상기 제1 습지부에 수용된 피처리수의 유량에 따라 그 위치가 가변되는 제1 공급관
을 포함하는,
탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 제1 공급관은,
상기 제1 습지모듈에 저장된 피처리수가 유입되는 공급구와,
상기 공급구 하부에 부착되며 물에 의해 부상하여 상기 공급구의 위치를 가변시키는 부유체와,
상기 공급구의 상하 이동을 가이드하는 가이드 레일과,
상기 공급구 후단에 주름관 구조로 형성되는 자바라 부재와,
상기 자바라 부재의 후단에 연결 형성되는 직관 부재
를 포함하는, 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 낙차 조절부는,
상기 DO 처리실 내에 설치되는 승강 플레이트와,
상기 승강 플레이트를 상하로 이동시키는 승강 로드와,
상기 DO 처리실에서 방류 수계로 방출되는 피처리수의 DO 농도를 측정하는 DO 센서와,
상기 DO 센서에서 측정된 DO 농도값으로부터 DO 농도 증가량을 산출하고, 산출된 DO 농도 증가량 추이를 추적하여 DO 농도 증가량이 최대가 되는 기준 높이를 도출하며, 상기 승강 플레이트가 도출된 기준 높이에 위치하도록 상기 승강 로드의 동작을 제어하는 승강 제어부
를 포함하는, 탄소 및 미세먼지 저감형 인공습지 시스템.