KR20050053208A - 하천 직접정화공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천 직접정화공법에 관한 것으로, 오염된 하천수를 별도의 인공습지와 처리시설을 설치하지 않고 하천자체에 정화용 어소블럭과, 계단식 낙차보를 형성하는 방틀과, 저수부 정화블럭을 차례로 설치하여 여울과 소를 조성함으로서 오염된 하천수가 자연스럽게 유하하면서 하천의 자정능력과 기능성세라믹에 의한 수질정화를 극대화 시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 하고, 하천의 하상에는 식생부직포(400)를 깔되, 질소성유기분해세라믹과 흡착산화분해세라믹으로 이루어진 정화용 어소블럭(100)이 설치된 제 1정화단계와; 사석(230), 질소성유기분해세라믹(240), 흡착산화분해세라믹(250), 자갈사석(260), 미생물활성세라믹(272)이 충진된 야자섬유매트(270)를 차례로 내부에 적층한 방틀(200)이 계단식 낙차보를 형성하는 제 2정화단계와; 미생물활성세라믹으로 이루어진 저수부 정화블럭(300)이 설치된 제 3정화단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

하천 직접정화공법{directly purification method of construction of rivers}

본 발명은 하천 직접정화공법에 관한 것으로 더욱 상세히는 오염된 하수를 기능성세라믹으로 조성된 여울과 소를 흐르면서 자연정화되는 하천 직접정화공법에 관한 것이다.

산업의 발전과 인구증가로 인해 하천을 오염시키는 폐수 또는 생활하수와 같은 오염물질들이 아무런 여과없이 방출되어 수질을 오염시키고 있으며, 이로 인해 그 주변에 서식하는 각종 생명체들이 사라지면서 자연생태계가 파괴되고 있다.

또한 이런 자연생태계의 파손은 수질의 자연정화 자체를 불가능하게 하므로 오염된 하천은 계속적으로 악화되면서 그 문제는 더욱 심각해졌으며, 인공적으로 이를 복원하기 위해서는 엄청난 복구비가 필요하였다.

이에 하천의 수질을 개선하기 위하여 다양한 오폐수 처리시설이 개발되어 실시되고 있는데, 그러한 오폐수처리는 대략 표준활성슬러지법, 접촉산화법 또는 물리화학적 처리방법 등을 이용하고 있다.

이러한 오수 처리는 그 시설비가 고가이고 운영 및 관리비용이 많이 들어 경제적이지 못할 뿐만 아니라 정상 가동되지 못하여 그 처리효율을 기대하지 못하는 것이 현실이다.

또한 인위적인 생물리화학적 처리 역시 그 한계가 있기 때문에 원하는 처리수질을 확보하는데 문제점이 있다.

또 이러한 하수처리 시설은 대략 고농도 유기물 제거, 즉 BOD, SS제거에 초점을 맞추고 있어 부영양화의 원인물질인 질소와 인의 제거는 거의 이루어지지 않고 있다.

따라서 최근 바닥에 모래, 자갈, 다공성 소결체 등을 포설하고 그 상부에 소정 깊이의 수심을 유지하면서 정수식물을 재배하는 형태의 인공습지를 이용하여 유기오염물질 및 부영양화의 원인물질을 제거하는 시스템이 개발되고 있다.

그러나 상기 종래의 인공습지시스템은 단위 면적당 수질정화효율이 낮아서 매우 넓은 습지가 필요하고, 넓은 면적의 적절한 유지관리가 어려우며, 장기간 사용 시에는 입자형태의 물질들이 지층에 침전되어 쌓이게 되어 2차오염을 일으키며 정화처리 효율이 떨어지고, 지층에 쌓인 퇴적물을 제거해야 하는 등 유지관리에 많은 문제점이 있기 때문에 고농도의 오폐수를 처리하는 것은 거의 불가능하였다.

또한 습지 내 용존산소의 부족으로 질산화가 억제되어 질소 제거율이 감소하고 인의 용출량이 증가하는 문제점이 있었다.

습지는 갈대, 줄, 부들 등의 습지식물과 미생물의 부착 매체인 자갈, 토양 그리고 오염물질 분해 등 수질정화에 가장 중요한 기능을 수행하는 미생물 등으로 구성되며, 습지를 구성하고 있는 이들 요소가 복합적으로 기능을 수행하여 습지에서의 수질정화가 일어난다.

즉, 습지에서의 수질정화가 기능은 크게 침전 및 흡착과 생물에 의한 흡수로 구분된다.

침전과 흡착에 의한 오염물질 제거는 입자 형태의 물질이 저층으로 가라앉거나 식물체의 표면에 부착하여 제거되는 형태로서 습지에서 가장 중요한 정화기능을 하는 것이며, 이렇게 제거된 물질들은 생물에 의해 직접 흡수되지 않고 미생물에 의한 분해과정을 거쳐 이용되는 것이다.

또 영양염류는 습지 내에서 생육하는 식물에 의해 직접 흡수되고 유기물질은 토양이나 수중의 미생물에 의해 분해되어 정화된다.

식물의 줄기와 뿌리는 미생물의 부착매질로 이용되며 식물뿌리의 통기 조직을 통한 산소의 전달은 미생물의 분해활동을 촉진하여 질산화와 탈질화 작용을 유도하는 것이다.

본 발명의 목적은 상기에서와 같은 종래의 결점을 해소하기 위해 창출한 것으로, 오염된 하천수를 별도의 인공습지와 처리시설을 설치하지 않고 하천자체에 정화용 어소블럭과, 계단식 낙차보를 형성하는 방틀과, 저수부 정화블럭을 차례로 설치하여 여울과 소를 조성함으로서 오염된 하천수가 자연스럽게 유하하면서 하천의 자정능력과 기능성세라믹에 의한 수질정화를 극대화 시킬 수 있도록 하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하천의 하상에는 식생부직포를 깔되, 질소성유기분해세라믹과 흡착산화분해세라믹으로 이루어진 정화용 어소블럭이 설치된 제 1정화단계와; 사석, 질소성유기분해세라믹, 흡착산화분해세라믹, 자갈사석, 미생물활성세라믹이 충진된 야자섬유매트를 차례로 내부에 적층한 방틀이 계단식 낙차보를 형성하는 제 2정화단계와; 미생물활성세라믹으로 이루어진 저수부 정화블럭이 설치된 제 3정화단계로 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 하천 직접정화공법을 보인 개략도이고, 도 2는 본 발명의 정화용 어소블럭을 보인 사시도이며, 도 3은 도 2의 설치상태도이고, 도 4는 본 발명의 방틀을 보인 사시도이며, 도 5는 도 3의 A-A 단면도이고, 도 6은 본 발명의 방틀목이 결합되는 상태를 보인 단면도이며, 도 7은 본 발명의 저수부 정화블럭을 보인 사시도이고, 도 8은 본 발명의 저수부 정화블럭을 보인 저면사시도이며, 도 9는 도 8의 설치상태도이다.

본 발명은 하천의 하상에는 식생부직포(400)를 깔아 수생식물의 뿌리가 정착되기 전까지 토사의 유출을 방지하되, 질소성유기분해세라믹과 흡착산화분해세라믹으로 이루어진 정화용 어소블럭(100)이 설치되어 질소산화물을 제거하고 유기물을 흡착 분해시키는 제 1정화단계와; 사석(230), 질소성유기분해세라믹(240), 흡착산화분해세라믹(250), 자갈사석(260), 미생물활성세라믹(272)이 충진된 야자섬유매트(270)를 차례로 내부에 적층한 방틀(200)이 계단식 낙차보를 형성하여 유기물의 산화분해 및, 질소와 인을 제거하는 제 2정화단계와; 미생물활성세라믹으로 이루어진 저수부 정화블럭(300)이 설치되어 미생물의 활성을 촉진시키고 식물 생육이 가능하도록 한 제 3정화단계로 이루어진다.

본 발명의 하천직접정화공법은 하천을 따라 제 1정화단계, 제 2정화단계, 제 3정화단계로 이루어지고, 각 정화단계에서 하천의 하상에는 식생부직포(400)가 설치된다.

친환경 생태적 접근을 고려하여 하상에 설치된 식생부직포(400)는 수생식물이 정착되어 안쪽의 토양을 잡아주기 전까지 토사의 유출을 방지한다.

제 1정화단계는 상기 부직포의 상측에 정화용 어소블럭(100)을 설치하여 질소산화물을 제거하고 유기물을 흡착 분해시키는 단계이다.

정화용 어소블럭(100)은 육면체 형상으로 이루어져 양측에 곡면으로 파여 전후방향으로 어로를 형성하는 제 1어로형성부(110)와, 상하방향으로 중공 형상의 어로를 형성하는 제 2어로형성부(120)와, 좌우방향으로 중공형상의 어로를 형성하는 제 3어로형성부(130)가 형성되도록 이루어지고, 다공성으로 구성되어 식생조성이 용이하며, 타 어소블럭에 비해 다양한 생물 생태 습성을 만족시킬 수 있다.

또한 영구적인 사용이 가능하여 재활용할 수 있고, 방부처리가 불필요하며, 독성이 없어 수서생물의 식생에 영향을 끼치지 않는다.

또한 어떠한 환경에도 설치 사용이 가능하고, 자연 친환경적인 특성을 갖는다.

상기 어로형성부(110), (120), (120)는 어소블럭의 전후, 상하, 좌우 방향으로 관통된 형상으로 구성되어 수서생물들의 이동통로를 다양하게 제공한다.

이러한 정화용 어소블럭(100)은 질소성유기분해세라믹이나 흡착산화분해세라믹을 소재로 구성되는데, 질소성유기분해세라믹은 황화합물을 수중에 용출시켜 항산화 탈질미생물의 활성을 촉진시켜 황산염 이온으로 산화시킴과 동시에 탄소원 없이 질산성 질소를 질소가스로 전환하기 때문에 질소제거에 탁월한 효과가 있다.

또한 흡착산화분해세라믹은 패각의 주성분인 규조와 황토를 혼합, 성형, 소결한 다공성 소결세라믹으로 고농도 미생물의 활성 유지기능을 갖고, 사상균의 증식억제 및 규조입자에 의한 미생물 플록(floc) 형성의 핵을 제공함으로서 침강성을 증가시킨다.

상기 질소성유기분해세라믹과 흡착산화분해세라믹은 재활용이 가능하고, 영구적인 사용이 가능하며, 별도의 방부처리가 불필요하다.

뿐만 아니라 독성이 없어 어류의 식생에 영향을 주지 않으며, 어떠한 환경에서도 사용할 수 있도록 친환경적인 성질을 갖는다.

제 2정화단계는 계단식 낙차보의 형상을 이루도록 방틀(200)을 설치하여 여울과 소를 조성함으로서 자연적인 정화가 가능하도록 한다.

방틀(200)은 기초목(212)과 가로목(210)으로 이루어지는 밑판(210)의 상부에 방틀목(220)을 수직교차하면서 연속적으로 적층하여 상기 방틀목(220)의 양단부가 상호 결합되도록 배치함으로서 내부가 비어있도록 구성된다.

상기 방틀(200)의 내부에는 사석(230), 질소성유기분해세라믹(240), 흡착산화분해세라믹(250), 자갈사석(260), 미생물활성세라믹(272)이 충진된 야자섬유매트(270)를 적층시켜 구성하며, 상기 충진물들이 방틀(200) 외부로 이탈되지 않도록 이탈방지그물(280)을 구비된다.

밑판(210)은 후에 서술할 방틀목(220)을 고정하는 베이스가 되며, 다수개의 육면체 형상으로 이루어진 기초목(212)과 가로목(210)으로 구성된다.

상기 기초목(212)은 양단부의 하측면에 지주가 돌출되어 구비되는데, 상기 지주는 방틀(200)을 지면에 고정시킬 수 있도록 구성되며, 상기 가로목(210)은 상기 기초목(212) 상부에서 수직을 이루도록 적층된다.

방틀목(220)은 양단부에 돌출부(312)와 요입부(314)가 형성되어 상기 밑판(210)의 상측으로 직각 교차되면서 내부공간을 형성하며, 각 방틀목(220)에 형성된 돌출부(312)와 요입부(314)가 체결되면서 서로 고정된다.

상기 밑판(210)과 방틀목(220)은 모두 긴 육면체 형상의 합성수지재로 구성하는데, 이는 물에 의해 부식되거나 장기간 사용에 따른 변형과 파손을 방지하기 위해서이다.

상기 방틀목(220)에 의해 형성된 내부공간에는 사석(230), 질소성유기분해세라믹(240), 흡착산화분해세라믹(250), 자갈사석(260), 미생물활성세라믹(272)이 충진된 야자섬유매트(270)를 적층되고, 상기 충진물은 방틀목(220) 내부에 설치되는 이탈방지그물(280)에 의해 방틀(200)로부터 이탈되지 않는다.

상기 사석(230)은 방틀(200)의 무게감을 더하여 설치 안정을 유도하고, 질소성유기분해세라믹(240)과 흡착산화분해세라믹(250)은 상기 어소용 정화블럭에 사용된 소재와 동일하다.

상기 야자섬유매트(270)는 야자섬유를 재료로 하여 두루마리나 평판의 형태로 구성되는데, 내부에는 미생물활성세라믹(272)을 채워 넣는다.

이러한 야자섬유매트(270)는 미리 식생을 재배하여 인공섬의 내부 식생 기반재로 사용하는 것으로, 식물의 초기 활착이 어려운 사석(230)이나 돌 등에서도 용이하게 활착이 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.

상기 미생물활성세라믹(272)은 미생물 성장에 필요한 칼슘(Ca++) 등 필수 미네랄을 수중에 용출시켜 미생물 활성을 촉진시킴으로서 유기물 산화분해능력을 증가시킨다.

제 3정화단계는 상기 식생부직포(400) 상측에 저수부 정화블럭(300)을 설치하여 미생물을 활성화시키고, 수생식물을 생육할 수 있도록 하여 자연정화가 이루어지는 단계이다.

저수부 정화블럭(300)은 하상에 식물 생육이 가능하도록 하는 미생물활성세라믹을 소재로 한 기능성 세라믹 블럭으로, 통수단면에 배양충진제를 충진하고 그 상부에 종자를 살포함으로써 식생의 뿌리가 중공을 통하여 하상에 근입활착되어 반영구적으로 식물이 자라게 된다.

이러한 저수부 정화블럭(300)은 녹화기능을 향상하여 자연재해 예방과 자연생태계 복원과 경관유지 등 안전과 환경을 얻을 수 있도록 하고, 수충부에 생물서식공간을 확보하여 수생식물의 정착이 가능하여 물고기가 선호하는 공간을 제공함으로서 다양한 수서생물이 산란, 서식할 수 있도록 한다.

상기 저수부 정화블럭(300)은 육면체 형상으로 이루어지되, 네 개의 측면에는 수생식물의 배양을 위한 배양공(310)이 돌출부(312)를 구비하도록 형성되고, 그 배면에는 곡면으로 패여 어류의 통로를 형성하는 어로부(320)와, 상기 어로부(320)의 양측부에 수류로 인한 위치변동을 막기 위해 물이 원활하게 흐를 수 있도록 구비된 수로부(330)와, 배면의 네모서리에 형성되어 견고히 안착되도록 하는 받침부(340)가 구비되며, 각 모서리에는 마감부(350)가 형성되어 어류나 수생식물이 다치지 않도록 이루어진다.

배양공(310)은 네 개의 측면부에 반원형의 곡면으로 패이도록 형성되어 수생식물의 배양을 위해 구비되는 것으로, 다수개의 정화용 어소블럭(100)이 배열됨으로서 형성된다.

이러한 배양공(310)은 상측으로 돌출한 돌출부(312)를 구비하는데, 상기 돌출부(312)는 상기 배양공(310)의 높이를 연장시켜 수생식물의 뿌리를 더욱 견고하게 지지할 수 있도록 한다.

어로부(320)는 저수부 정화블럭(300)의 배면에 곡면으로 패이도록 형성되는데, 이는 인공적으로 설치된 저수부 정화블럭(300)에 의해 어류가 서식할 수 있는 공간을 빼앗는 것이 아니라 어류가 지나다닐 수 있는 통로를 충분히 만들어줌으로서 자연적인 생태계에 최대한 영향을 주지 않도록 하기 위함이다.

상기 어로부(320)의 양측부에는 어로부(320)에 수직하는 방향으로 형성된 수로부(330)가 형성되는데, 이는 불규칙한 수류가 저수부 정화블럭(300)에 힘을 가하여 그 위치의 변동이 발생할 경우를 방지하기 위해 수류의 원활히 빠져나갈 수 있는 길을 마련한 것이다.

받침부(340)는 상기 어로부(320)와 수로부(330)의 형성에 따라 저수부 정화블럭(300)의 배면 모서리부에 형성되는 것으로 저수부 정화블럭(300)이 하상에 견고히 고정될 수 있도록 한다.

마감부(350)는 저수부 정화블럭(300)의 모든 모서리를 부드럽게 처리하여 수류에 따라 유동하는 수생식물이나 어류가 움직이면서 부딪힐 경우에도 수생식물과 어류에 해를 끼치지 않도록 하고, 장기간 설치되어도 수류의 힘에 의해 그 모서리의 마모를 방지한다.

상기 저수부 정화블럭(300)의 소재가 되는 미생물 활성세라믹은 소량의 황토를 포함하고 있어, 저수부 정화블럭(300)의 정화기능을 더욱 향상시킨다.

이러한 황토는 주로 가는 모래로 되어 있어서 다량의 탄산칼슘(CaCo5₃)을 함유하고, 입자의 크기는 0.02∼0.05㎜ 이며 석영·장석·운모·방해석등 다양한 광물 입자로 구성되어 있다.

이러한 황토의 한 스푼에는 약 2억 마리의 미생물이 들어 있는데, 이끼, 곰팡이, 방사 균, 세균 등의 미생물은 유기물을 분해하는 역할을 한다.

또한 황토에 포함된 효소성분에는 카탈라아제, 디페놀 옥시다아제, 프로테아제, 사카라제의 4가지가 있는데, 카탈라아제 효소는 생물에게 독소를 제공하는 과산화수소를 흡수 중화하여 생물이 살아갈 적절한 토양 환경을 만들어주는 역할을 하고, 디페놀 옥시다아제는 흙의 산화력, 분해력 강화 효소이며, 프로테아제는 단백질 속의 질소가 무기화 할 때 단백질을 아미노산으로 가수 분해시키는 효소로 일종의 분해 작용으로 흙 속을 정화시키는 기능을 한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 하천의 본래 생태계를 유지하면서 그 자정능력을 극대화하기 위해 기능성세라믹과 방틀(200)을 이용하여 여울과 소를 구성하고, 식재된 수생식물에 의해 하천을 정화하고 훼손된 생태계를 복원하도록 이루어진다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 오염된 하천수를 별도의 인공습지와 처리시설을 설치하지 않고 하천자체에 계단식 낙차보를 형성하는 수질정화방틀, 기능성세라믹을 차례로 설치하여 오염된 하천수가 자연스럽게 유하하면서 하천의 자정능력과 기능성세라믹에 의한 수질정화와 식재된 수생식물에 의한 처리효율을 동시에 수행하여 자정능력를 극대화 시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 하천 직접정화공법을 보인 개략도

도 2는 본 발명의 정화용 어소블럭을 보인 사시도

도 3은 도 2의 설치상태도

도 4는 본 발명의 방틀을 보인 사시도

도 5는 도 3의 A-A 단면도

도 6은 본 발명의 방틀목이 결합되는 상태를 보인 단면도

도 7은 본 발명의 저수부 정화블럭을 보인 사시도

도 8은 본 발명의 저수부 정화블럭을 보인 저면사시도

도 9는 도 8의 설치상태도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 정화용 어소블럭 110 : 어로형성부

200 : 방틀 210 : 밑판

212 : 기초목 214 : 가로목

220 : 방틀목 230 : 사석

240 : 질소성유기분해세라믹 250 : 흡착산화분해세라믹

260 : 자갈사석 270 : 야자섬유매트

272 : 미생물활성세라믹 280 : 이탈방지그물

300 : 저수부 정화블럭 310 : 배양공

312 : 돌출부 314 : 요입부

320 : 어로부 330 : 수로부

340 : 받침부 350 : 마감부

400 : 식생부직포

Claims (4)

1. 하천의 하상에는 식생부직포(400)를 깔아 수생식물의 뿌리가 정착되기 전까지 토사의 유출을 방지하되,

   질소성유기분해세라믹과 흡착산화분해세라믹으로 이루어진 정화용 어소블럭(100)이 설치되어 질소산화물을 제거하고 유기물을 흡착 분해시키는 제 1정화단계와; 사석(230), 질소성유기분해세라믹(240), 흡착산화분해세라믹(250), 자갈사석(260), 미생물활성세라믹(272)이 충진된 야자섬유매트(270)를 차례로 내부에 적층한 방틀(200)이 계단식 낙차보를 형성하여 유기물의 산화분해 및, 질소와 인을 제거하는 제 2정화단계와; 미생물활성세라믹으로 이루어진 저수부 정화블럭(300)이 설치되어 미생물의 활성을 촉진시키고 식물 생육이 가능하도록 한 제 3정화단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하천직접정화공법.
2. 제 1항에 있어서,

   정화용 어소블럭(100)은 육면체 형상으로 이루어져 전후, 상하, 좌우로 관통된 제 1어로형성부(110)와, 제 2어로형성부(120)와, 제 3어로형성부(130)가 형성되는 것을 특징으로 하는 하천직접정화공법.
3. 제 1항에 있어서,

   방틀(200)은 각각 긴 육면체 형상의 합성수지 재질로 구성되는, 양단부의 하측면에 지주가 돌출되어 구비된 기초목(212), 가로목(210), 양단부의 상측면에 돌출되어 구성된 돌출부(312)와 양단부의 하측면에 삽입되어 구성된 요입부(314)를 구비한 방틀목(220)으로 구성되며, 상기 방틀목(220)의 돌출부(312)를 요입부(314)에 끼워 맞춰 밑판(210)으로부터 수직교차하면서 상기 방틀목(220)을 수직방향으로 연속적으로 상기 방틀목(220)의 양단부가 상호 결합되도록 배치하여 내부가 비어있는 육면체 형상으로 구성되고, 그 내부를 둘러싸도록 이탈방지그물(280)을 구비하는 것을 특징으로 하는 하천직접정화공법.
4. 제 1항에 있어서,

   저수부 정화블럭(300)은 육면체 형상으로 이루어지되, 네 개의 측면에는 수생식물의 배양을 위한 배양공(310)이 돌출부(312)를 구비하도록 형성되고, 그 배면에는 곡면으로 패여 어류의 통로를 형성하는 어로부(320)와, 상기 어로부(320)의 양측부에 수류로 인한 위치변동을 막기 위해 물이 원활하게 흐를 수 있도록 구비된 수로부(330)와, 배면의 네모서리에 형성되어 견고히 안착되도록 하는 받침부(340)가 구비되며, 각 모서리에는 마감부(350)가 형성되어 어류나 수생식물이 다치지 않도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 하천직접정화공법.