KR20060062648A - 공압을 이용한 자연여과형 식생부도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천이나 호소등에 대한 산소공급과 동시에 이물질을 걸러줄 수 있는 휴대설치용이한 공압을 이용한 오염수(汚染水)를 자연식으로 여과할 수 있는 식생부도에 관한 것이다.

도심주변등의 오염이 가속화되면서 하천과 호소등의 부영양화물질을 별도의 하수종합처리장과 같은 집중된 시설을 이용하여 일정수준으로 정화후 방류하고 있다. 이러한 정화시스템은 다량의 하천수를 처리하기 위하여 그 설치비용과 운용비용이 천문학적으로 증가하며, 설치장소역시 제한적이다.

본 발명은 저부로 부터 다공성 산기부에 의하여 고압의 공기를 공급하면 그 공급된 공기방울이 상승하게 된다. 이 상승관성에 의하여 물도 함께 상승하므로 이 상승된 물을 적절히 유도관을 통하여 유도한 다음 필터층을 통과하도록 하였다. 그결과 부영양화에 의하여 호기성의 각종 미생물이나 어패류의 서식에 알맞은 공기를 공급하는 동시에 발생된 여러가지 부영양화 고형물질등을 여과하도록 하였다. 필터링된 부영양화성분들은 일정주기로 필터를 교체하여 주면 모든 처리가 가능하다. 특히 물에 산소공급이 되면서 수중의 호기성 미생물이 활성화되며, 여러가지 이물질은 여과층에서 거르게 되고, 이 여과된 과영양성분은 식재부에 식재된 식물체에 의하여 다시 순환제거되어 오염수가 정화처리된다.

또한 필터가 수면위로 노출되어 있으므로 외부의 미장층을 열고 필터교체를 할 수 있고, 필텨의 오염도등을 육안으로 관찰할 수 있어 관리보수가 손쉽게 이루 어진다.

Description

공압을 이용한 자연여과형 식생부도{Polluted water purification system with the plant decoraion and aeration function}

도 1 은 본 발명의 대표적인 구성을 도시한 단면도,

도 2 는 설치상태의 사시도,

도 3 은 외관장식부와 여과부가 분리되는 상태의 단면도,

도 4 는 또다른 실시예를 도시한 단면도,

도 5 는 하천에 설치된 상태의 조감도,

도 6 은 본 발명의 또다른 실시예의 측단면구성도,

도 7 은 본 발명의 또다른 실시예의 측단면구성도,

도 8 은 본 발명의 순환관로일부절개된 상태의 측단면구성도임.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1:본체 2:부력발생층 11:1차여과부 12:폭기조 21:유도로 31:식재부32:필터체 41:미장층 M:펌프 C:유도관 52:외주면 51:순환관로 54:저면부 55:배출공 58:유도배출구 57:최하단부

본 발명은 오염된 하천수나 호소등의 오염수에 적절한 산소를 공급하는 동시에 오염수를 별도의 여과부에 의하여 여과처리하고, 이 여과된 오염물질은 여과부에 식재된 식물체에 의하여 다시 제거토록한 공압을 이용한 자연여과형 식생부도(植生浮島)에 관한 것이다.

도심주변등의 오염이 가속화되면서 하천과 호소등의 부영양화물질을 별도의 하수종합처리장과 같은 집중된 시설을 이용하여 일정수준으로 정화후 방류하고 있다. 이러한 정화시스템은 다량의 하천수를 처리하기 위하여 그 설치비용과 운용비용이 천문학적으로 증가하며, 설치장소 역시 제한적이다.

생활하수나 공장폐수들이 하천으로 진입하면 별도의 오수(汚水)분리관에 의하여 별도의 하수종말처리장에서 적절히 처리하여 방류하지만 그 처리량은 발생되는 오염수의 일부분만이 가능하다. 특히 여러지역에 산재한 모든 생활하수나 오염된 물을 한 곳에 모으기 위한 기반시설의 설치자체가 엄청난 예산과 시간을 필요로 하며, 그 처리를 위한 종말처리장 역시 설치장소가 없어 사실상 이러한 처리로는 한계에 다다른 것이 현재의 문제점이다.

이러한 단점을 없애기 위하여 소규모 하천주변을 가능하나 자연형으로 회귀시켜 자정(自淨)기능을 최대한 이용하려는 시도가 여러가지 방식으로 시도되어 일부분 성공을 거두고 있다. 그러나 이러한 자정작용은 지극히 한정된 것이고 사실상 고도로 밀집된 도심에서 방출되는 생활하수등은 하천 자체의 자정기능이 담당하기에는 너무나 오염도가 심각하다.

이러한 단점을 개선하기 위하여 하천의 일부에서 하천수 일부를 유입하여 이 것을 다공성세라믹필터층, 활성탄층, 양이온양이온교환수지 혹은 유기화합물이나 무기화합물계통의 응집제등으로 구성된 여과장치에 의하여 일부 정화하여 재방류하는 방식이 있다.

예를 들면 한국특허공개2003-2458호의 경우 수상인공구조물에 부도체를 형성하되 본체를 물에 뜨는 형태로 구성하고 그 본체내부에 식물을 식재하며, 그 저면에는 미세공을 형성하는 동시에 이곳에 인조근을 부착하도록 하므로서 식물이 성장하는 동시에 인조근에 의한 미생물성장을 유도하였다. 그결과 호소에 설치시 식생식물에 의한 조경효과와 동시에 식물의 성장에 따른 영양물질의 흡수제거등의 다목적을 이루게 하였다. 이러한 구조에 의하여 보다 신속하게 호소의 부영양물질의 제거에 효과를 보이지만 이보다 더욱 심한 하천수나 호소의 경우에는 이러한 수동적인 여과처리에는 미미한 효과를 보일 뿐이다.

이러한 단점을 개선하여 대규모 오수 분리관에 의한 분리후 대규모 종말처리장에서 여과처리하여 방류하는 방식이 가장 좋은 방법이 되나, 이러한 여과방식의 문제점도 결국 그 설치와 운용에 상당한 비용이 요구되며, 일정시간의 경과와 함께 시설내의 여과장치를 교체하는 작업이 필요하며, 그리고 그 여과체교체및 유지관리에 많은 비용과 노력이 필요하다.

본 발명은 오염된 하천수에 호기성미생물의 활성화를 위한 산소공급과 동시에 오염물질의 여과작용을 함께 할 수 있는 소규모 하천이나 호수에 설치할 수 있는 포터블형의 자연여과형 식생부도를 제공하고자 한다.

본 발명은 더나아가서 별도의 정화를 위한 복잡한 여과구조물과 같은 구조설치가 필요없이 필요한 장소에 유니트화된 상태 그대로 임의로 설치할 수 있으며, 설치와 운영에 있어 별도의 장치나 인력이 불필요한 자연여과형 식생부도를 제공하고자 한다.

본 발명은 또한 장치의 설치만이 아니라 장치의 외관에 별도로 외부에 식물이 성장가능한 공간을 제공하여 설치환경의 자연환경과 어울리는 조경을 함께 가능하게 한 자연적인 식생환경의 조성이 가능한 여과장치를 겸비한 식생부도를 제공하고자 한다.

본 발명은 또한 설치후에 여과층에 적층된 오염물질을 영양원으로 식재된 식물에서 이용하도록 하여 여과후에 잔류한 오염물을 제거하기 위한 또다른 2차적 오염물의 제거작업이 최소화한 하천수 여과장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 생활하수, 공업 혹은 농업용수에 의하여 오염된 하천이나 호소에 설치하여 오염물질을 제거하는 동시에 조경효과를 함께 할 수 있는 자연여과형 식생부도에 관한 것이다.

본 발명은 하천이나 호소에 부력장치에 의하여 부유하면서 수중에 산소를 공급하며, 오염된 물은 여과부에서 거르도록 하며, 여과된 오염물은 여과부에 식재된 식물의 영양원으로 이용토록하여 가능한한 자연 여과가 가능한 동시에 외부에는 주변환경과 어울리는 바위, 암석등의 적절한 조경과 식물의 조화를 이룰 수 있는 하천수순환필터장치를 제공하고자 한다.

본 발명에서 수중에 산소공급하는 장치는 일반적으로 널리 이용되는 폭기장치를 설치한 것으로 이 폭기장치에 의하여 발생된 공기가 수중에 분산된 후 수면으로 상승하면서 주변의 물을 함께 이끌고 상승하여 발생하는 수류의 흐름을 이용하여 산소공급과 물순환을 동시에 이룰 수 있는 하천수순환필터장치를 제공하고자 한다.

본 발명에서 여과부에 적재하는 필터체란 활성탄과 같은 유기질계통외에도 세라믹같은 무기질계 혹은 표면활성을 갖는 합성수지등으로 구성되며, 이러한 필터체의 선택은 설치될 하천이나 호소의 오염물질의 종류나 형태에 따라 선별구성한다.

이하 본 발명의 대표적인 실시예를 첨부한 도면에 의하여 구체적으로 설명한다. 본 발명에서 도 1 은 본 발명의 대표적인 구성을 도시한 단면도이며, 도 2 는 설치상태의 사시도이고, 도 3 은 외관장식부와 여과부가 분리되는 상태의 단면도이고, 도 4 는 또다른 실시예를 도시한 단면도이며, 도 5 는 하천에 설치된 상태의 조감도이다.

본 발명은 통형구조의 본체(1) 내부가 중공의 형태로 상하부가 개방되어있고, 측면에는 부력을 부여하는 부력발생층(2)이 설치되어있는 보디부,

상기한 보디부의 저부에 배치된 1차여과부(11)에 적재되어 다공성구조층에 의하여 외부에서 공급된 공기를 보디부내로 공급하는 폭기조(12)가 설치된 산기부,

상기한 보디부의 상측에 깔때기 형태로 배치하여 상부로 갈수록 통로를 협소하게 구성한 유도로(21)가 설치되며, 유도로의 상단부(25)는 개방되어져 여과부의 상부를 향하도록 배치한 순환유도부,

상기한 공기순환유도부의 상면의 외주면을 따라 공기순환유도부의 상부를 감싸는 동시에 식물성장을 위한 식재부(31)를 설치한 다공성의 필터체(32)가 적재되어있는 여과부,

여과부의 외측을 포괄하여 외부에서 필터체가 보호토록하는 자연형경관을 현출하도록 하는 미장층(41)으로 구성된 외관장식부로 구성되는 공압을 이용한 하천수순환필터장치에 관한 것이다.

본 발명에서 보디부에 설치되는 부력발생층(2)은 가장 흔한 형태로 발포합성수지와 같은 비중이 물보다 가벼운 것을 사용하며, 설치구조가 대형화되면 에어벌룬과 같은 부력체를 설치한다. 그리고 구조물의 크기 그리고 설치될 하천이나 호소의 깊이에 따라 단일로 혹은 다중으로 설치하여 적절한 부력을 부여토록 한다.

본 발명의 또다른 특징은 외부에서 관찰시 자연스러운 바위나 암석과 같은 자연친화적 경관을 부여하기 위하여 외부를 불규칙한 암석형태 바위형태 등으로 장식할 수 있는 외관장식부를 설치하는 것이다. 여기서 외관장식부는 여과부의 식재부(31)와 대칭이 되도록 개방부(35)를 형성하며, 조립수단(36)에 의하여 내측저면(37)과 탈부착이 임의로 조절될 수 있다. 조립수단이란 가장 흔한 볼트너트구조와 같은 조립구조물에 의하여 내측저면과 미장층(41)을 조립하여 주므로서 그 사이에 상기한 여과용 재질과 식재공간이 형성된다.

식재될 식물의 종류나 형태는 가장 기본적으로 수생식물이 적합하나 역시 설치환경이나 오염물의 종류등에 따라 적절히 선택하여 사용한다.

본 발명에서 여과부의 필터체에 적재되는 것은 다공성세라믹과 같은 무기질여과체, 활성탄과 같은 식물성여과체 혹은 양이온 혹은 음이온의 하전을 띤 유기고분자여과체가 가장 효과적이다. 그러나 오염 정도가 심하지 않고 자연적인 오염물질유입량이 적은 경우에는 코코넛열매로부터 추출된 섬유사 혹은 이들의 단섬유사로 구성된 천연식물성 여과층으로 구성할 수 있다.

여과부에 적재된 필터체는 설치된 하천이나 호소의 오염정도에 따라 일정수준이상으로 오염이 되면 상기한 조립수단(36)의 개방후 새로운 필터체로 교체하여 준다. 교체주기는 하천이나 호소의 오염정도에 따라 적절히 선정하며, 또한 동절기와 달리 하절기에는 식물생육이 원활하므로 오염물의 식생식물에 의한 영양원으로 흡수제거하는 효율이 높으므로 교체시기가 연장가능하다. 또한 동일한 하절기라 하여도 장마와 같은 집중호우에 의하여 하천이나 호소가 급속히 오염된 경우에는 교체주기가 단축될 수 밖에 없다. 또한 필터체의 종류나 적재한 양에 따라서도 조절이 되며 이러한 모든 교체주기의 선택은 설치환경에 따라 현장에서 선택한다.

본 발명의 또다른 예로 도 4에 도시하는 것은 유도로(21)를 중앙에 배치하여 순환유도로가 유도로를 정점으로 배치하며, 그 주변에 경사진 외장층(41)을 배치하도록 하고, 이 외장층의 내측으로는 위에 기술한 여과부를 설치하여 중앙의 순환유도로에 의하여 유도된 물이 사방으로 흘러내리도록한다. 이러한 구조는 설치위치가 호소중앙 혹은 사방에서 관측되는 위치인 경우 미장층을 전후좌우 어디에서 관찰하여도 자연스러운 바위나 암석의 형태를 갖추도록 하는 것이다. 또한 여과될 오염물질의 농도가 심한 경우에 이러한 구조의 배치로 여과부의 기능을 강화하게 한다.

본 발명의 또다른 특징으로 도 6에 도시한 것은 오염도가 복합적이거나 일정시간대에 극히 농후한 오염물질이 침투하는 경우에 폭기조(12)만의 작동으로 충분한 오염제거가 어려울 경우에 적합한 장치이다.

즉, 하부에 폭기조와는 별도로 수중에서 작동할 수 있는 펌프(M)을 설치하고 펌프의 출구와 연결된 유도관(C)를 상부로 연장하여 유도로(21)의 상단부(25)까지 배치하도록 한 구조이다. 따라서 핌프(M)의 작동으로 수중의 오염수가 화살표와 같이 흡입되어져 유도로를 타고 상승하게 된다. 상승된 오염수는 유도로의 상단부에서 배출되어 여과부에 낙하하여 적절한 여과처리가 된다.

이러한 구조는 오염이 심한 시간에 집중적으로 펌프를 작동하여 보다 여과작용을 촉진하며, 오염이 심하지 않은 때에는 폭기조에 의한 작동만으로 자연적인 여과작동이 되게한다.

본 발명의 또다른 예로서 도 7과 8에 도시한 것은 순환되는 오염수의 양이 일정수준이상이어서 앞서 설명한 여과부를 오염수가 신속하게 통과하기 어려운 경우에 순환관로를 형성하여 신속한 순환여과가 가능하게 하는 것이다.

구체적으로는 순환유도부의 외주면(52)을 따라 나사산의 형태로 순환하도록 순환관로(51)를 설치하며, 이 순환관로는 저면부(54)에 순환수가 자연배출할 수 있는 배출공(55)들을 설치하여준 구조이다. 그리고 순환관로의 최상단은 유입부(56)를 설치하고 , 이 유입부에는 순환유도부의 최상단에 설치되어 있는 유도배출구(58)로 부터 낙하되는 물을 받을 수 있도록 배치하여 유도배출구를 빠져나오는 물이 유입부로 진입하도록 한다.

순환관로는 유입부만을 제외하고 밀폐된 형태이며, 최하단부(57)은 개방되어있어 순환관로를 따라 순환한 물이 상기한 배출공(55)을 통하여 배출이 안되고 잔류한 것의 일부는 이곳을 통하여 배출된다.

순환관로의 저면부에 설치된 배출공(55)는 단순히 개방상태를 유지할 수 있으나 오염물의 유출을 억제하기 위하여 망체구조를 형성할 수 있으며, 배출공의 크기나 형태는 순환되는 오염수의 양과 오염정도에 따라 크기를 변경가능하다.

본 발명은 기존에 별도의 하천수나 호소의 처리시 오염수를 유입하고, 저류하는 장치, 여과부등의 복잡한 구조물과 장치의 설치가 필요없이 본 시스템 자체가 하나의 유니트로 공급될 수 있다. 따라서 유니트화된 본 발명의 장치를 그대로 하천이나 호소의 오염된 곳에 부유시키고 폭기조의 작동을 위한 전원을 공급하여 주는 것만으로 오염된 하천수나 호소에 공기를 공급하게되는 것은 물론이고, 공기공급과 함께 수중의 오염물질이 여과처리된다.

이렇게 여과처리된 오염물은 그대로 여과체에 적재되는 것으로 머물지 않고 이곳에 식재된 식물의 성장용 영양원으로 사용되어 필터에 걸러진 부유영양물질의 제거를 위한 2차적처리물이 최소화하게 된다.

또한 조경식물과 외부에 설치되는 미장층(41)이 서로 적절히 조화를 이루게 되므로 설치환겨에 따라 단순한 오염물 제거의 수준이 아닌 오염되어있는 하천수나 호소를 적절히 조경처리하여 또다른 시민휴식공간으로 활용가능하게 한다.

이러한 일차적인 오염물질의 절감은 기존에 모든 오염된 하천수를 모아서 종말처리장과 같은 곳에 공급된다하여 이미 상당한 양이 오염물질이 제거되어있어 이들 처리장에 대한 처리부하량을 획기적으로 절감하게 된다. 그결과 기존의 처리장을 증설하거나 새롭게 설치할 필요가 없이 현재의 처리장을 활용할 수 있는 여유가 있게 되어 보다 전국적인 오염하천수 정화에 필요한 엄청난 설비와 유지에 소요되는 예산을 크게 절감할 수 있다.

또한 본 발명의 장치는 필요에 따라 얼마든지 이동설치도 가능하고 연속적으로 배치시 여울의 조성, 응달의 조성등으로 어패류가 성장하는 좋은 서식환경도 제공하여 생태계도 보다 빠르게 복원되는 효과를 보인다.

본 발명은 더나아가서 하천이나 호소의 오염정도가 일시적으로 심한 경우이면 펌프의 작동에 의하여 보다 신속한 순환을 유도하고 어느정도 오염이 개선되면 다시 자연적인 폭기조에 의한 순환으로 여과처리하여 오염정도에 따라 적절히 능동적으로 대응처리가 가능하다.

Claims (6)

1. 통형구조의 본체(1) 내부가 중공의 형태로 상하부가 개방되어있고, 측면에는 부력을 부여하는 부력발생층(2)이 설치되어있는 보디부,

   상기한 보디부의 저부에 배치된 1차여과부(11)에 적재되어 다공성구조층에 의하여 외부에서 공급된 공기를 보디부내로 공급하는 폭기조(12)가 설치된 산기부,

   상기한 보디부의 상측에 깔때기 형태로 배치하여 상부로 갈수록 통로를 협소하게 구성한 유도로(21)가 설치되며, 유도로의 상단부(25)는 개방되어져 여과부의 상부를 향하도록 배치한 순환유도부,

   상기한 공기순환유도부의 상면의 외주면을 따라 공기순환유도부의 상부를 감싸는 동시에 식물성장을 위한 식재부(31)를 설치한 다공성의 필터체(32)가 적재되어있는 여과부,

   여과부의 외측을 포괄하여 외부에서 필터체가 보호하는 자연형 암석 구조를 갖는 미장층(41)으로 구성된 외관장식부로 구성되는 공압을 이용한 자연여과형 식생부도.
2. 제 1 항에 있어서,

   보디부의 부력발생층(2)이 다중으로 설치되는 것을 특징으로 하는 공압을 이용한 자연여과형 식생부도.
3. 제 1 항에 있어서,

   외관장식부에 여과부의 식재부(31)와 대칭이 되도록 개방부(35)를 형성하며, 조립수단(36)에 의하여 내측저면(37)과 탈부착가능한 것을 특징으로 하는 공압을 이용한 자연식생여과형 식생부도.
4. 제 1 항에 있어서,

   여과부의 필터체가 다공성세라믹과 같은 무기질여과체, 활성탄과 같은 식물성여과체 혹은 양이온 혹은 음이온의 하전을 띤 유기고분자여과체 혹은 코코넛열매로부터 추출된 섬유사로 구성되는 것을 특징으로 하는 공압을 이용한 자연여과형 식생부도.
5. 제 1 항에 있어서,

   보디부의 저면에 설치된 폭기조(12)와 분리된 채 펌프(M)를 병렬 설치하고 펌프의 출구와 연결된 유도관(C)를 상부로 연장하여 유도로(21)의 상단부(25)까지 배치하도록 하는 것을 특징으로 하는 공압을 이용한 자연여과형 식생부도.
6. 제 1 항에 있어서

   순환유도부의 외주면(52)을 따라 나사산의 형태로 순환하도록 순환관로(51)를 설치하며, 이 순환관로는 저면부(54)에 순환수가 자연배출할 수 있는 배출공(55)들을 설치하며,

   상기한 순환관로의 최상단은 유입부(56)를 설치하여 순환유도부의 최상단에 설치되어 있는 유도배출구(58)로 부터 낙하되는 물을 받을 수 있도록 배치하고, 최하단부(57)은 개방되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 공압을 이용한 자연여과형 식생부도.

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