KR20080015136A - 생태정화형 인공습지용 연결수로 - Google Patents

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KR20080015136A
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박용섭
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Abstract

본 발명은 인공습지를 구성하는 구성요소간 또는 인공습지의 유입 및 유출부에 구성되는 연결수로에 관한 것으로, 수로 내부를 입자상 매질로 충전(充塡)하여 수로 상부의 자유수면 흐름 뿐 아니라 매질을 통한 흐름을 유도하고, 유공관(有孔管)을 매설하여 유공관을 통한 수로 하류측 유출이 이루어질 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여 조합형 인공습지의 연결수로를 통한 오염물 처리효과를 확보할 수 있으며, 이로써 전체 인공습지의 처리효율을 제고하고, 각종 수생 동, 식물의 서식환경을 조성하며, 친수환경을 조성하는 효과를 얻을 수 있다.
인공습지, 생태, 다공성, 담체

Description

생태정화형 인공습지용 연결수로{Nature friendly channel for artificial wetland}
본 발명은 인공습지를 구성하는 구성요소간 또는 인공습지의 유입 및 유출부에 구성되는 연결수로에 관한 것으로, 수로 내부를 입자상 매질로 충전(充塡)하여 수로 상부의 자유수면 흐름 뿐 아니라 매질을 통한 흐름을 유도하고, 유공관(有孔管)을 매설하여 유공관을 통한 수로 하류측 유출이 이루어질 수 있도록 한 것이다.
인공습지란 그 사전적 의미에서와 같이 수질개선, 생물서식지의 제공 및 친수환경의 조정 등을 목적으로 인공적으로 조성된 습지를 말한다.
수질오염을 유발하는 오염원은 배출지점 및 배출경로의 확인이 가능한 점오염원과 배출지점 등이 불분명한 비점오염원으로 구분될 수 있는데, 하천수질의 관점에서 점오염원은 오, 폐수를 발생하는 산업시설 등을 들 수 있으며, 비점오염원은 강우의 초기유출을 통하여 유입되는 유역내 오염물을 들 수 있다.
이렇듯 비점오염원은 일반적으로 강우 유출에 의하여 발생되기 때문에 일간, 계절간 배출량의 변화가 크므로 예측과 정량화가 어려운 특성이 있다.
비점오염원의 처리시설은 크게 저류에 의하여 오염물질을 저감하는 저류형, 강우 유출의 지하침투를 촉진하는 침투형, 인공습지 및 식생 등을 통하여 처리수내 오염물을 여과 및 분해하는 습지형 등으로 구분될 수 있으며, 이 중 습지형은 오염물의 처리 뿐 아니라 생태환경 및 친수환경의 조성이 가능한 장점이 있다.
인공습지는 단일 습지로 구성되거나 도 1 및 도 2에서와 같이 다양한 형태의 단위습지가 조합되어 구성될 수도 있는데, 도시된 예에는 최초 유입수내 고형물을 침전시키는 침전지, 수질정화 기능을 가진 다양한 수생식물이 식재되는 수생식물지, 다양한 수생 동, 식물에게 서식환경을 제공함과 동시에 배출전 저류기능을 수행하는 방류연못이 구성되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 인공습지는 단위습지간 수두차를 이용한 자연유하 방식으로 운영되는 형태로서, 각 단계별 단위습지를 서서히 통과하며 정화처리된 처리수가 다시 하천으로 방류되는 방식으로 처리되는데, 각 단위습지의 연결은 도 1에서와 같이 개수로(open channel)로 이루어지거나 인접한 경우 직접월류를 통하여 이루어지며, 도 2에서와 같이 매설된 통수로로 이루어질 수도 있다.
또한, 최초 유입부에서 최종 유출부간의 수두차가 부족하거나, 인공습지의 부지가 원격지일 경우 펌프를 통한 취수 또는 가압이 수행될 수도 있다.
이렇듯, 조합형 인공습지를 구성하는 개별 단위습지 또는 처리지(處理池)는 개수로 또는 관수로 형태의 수로로 연결되는데, 인공습지의 부지가 충분히 확보되지 못할 경우 조합형 인공습지를 구성하는 각 요소가 상당거리 이격될 수 있으며, 원격지에 위치한 다수의 인공습지를 연결할 경우 연결수로의 연장이 상당수준 길어질 수 있는 바, 연결수로의 체적 및 체류시간이 커지게 되므로, 연결수로를 단순한 수로로써 뿐 아니라 소기의 오염물 처리효과를 가지는 처리수단으로 활용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이에 창안한 것으로, 인공습지에 연결되는 연결수로에 있어서, 수로 저면에 포설되는 쇄석층(14)과, 쇄석층(14) 상부에 포설되는 하부여재층(13)과, 하부여재층(13) 상부에 포설되고 입자상의 다공성 미생물 담체로 구성되는 담체층(12)과, 담체층(12)의 상부에 포설되고 수생식물이 식재되는 상부여재층(11)으로 이루어짐을 특징으로 하는 생태정화형 인공습지용 연결수로이다.
또한, 상기 하부여재층(13)에는 유공관(20)이 매설되고, 연결수로의 하류단에는 정부(頂部)의 표고가 연결수로의 평시수위를 초과하는 주위어(31)가 설치되되, 주위어(31)의 하부에는 유출구(33)가 형성되고, 상기 유공관(20)의 말단부가 유출구(33)와 연결됨을 특징으로 하는 생태정화형 인공습지용 연결수로이며, 주위 어(31)의 하류에는 보조위어(32)가 소정거리 이격되어 설치되되, 보조위어(32)의 정부 표고는 연결수로의 평시수위 미만임을 특징으로 하는 생태정화형 인공습지용 연결수로이다.
본 발명을 통하여 조합형 인공습지의 연결수로를 통한 오염물 처리효과를 확보할 수 있으며, 이로써 전체 인공습지의 처리효율을 제고하고, 각종 수생 동, 식물의 서식환경을 조성하며, 친수환경을 조성하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 3은 본 발명의 횡단면도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 연결수로는 수로 내부가 입자상 매질로 충전(充塡)되어 수로 상부의 자유수면 흐름 뿐 아니라 매질을 통한 흐름도 발생된다.
즉, 자유수면 대수층내 지하수 흐름과 유사한 양태의 흐름이 발생되되, 자연상태의 일반 대수층에 비하여 높은 투수계수를 확보하여 유속을 소정 수준 이상으로 유지함으로써 여과수단 및 수로로서의 기능을 겸비할 수 있도록 하였다.
특히, 수로내 매질의 상층부에는 다양한 수생식물이 식재되어, 이들을 통한 오염물질 흡수, 분해 및 용존산소 증가효과를 얻을 수 있으며, 각종 동, 식물의 서식환경을 제공하는 효과도 얻을 수 있다.
본 발명의 연결수로는 단순히 토사로 충전된 수로가 아니라, 도 3을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 각각 고유의 기능을 수행하는 다수의 층으로 구성되며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선 최상층인 상부여재층(上部濾材層)(11)은 자갈, 모래, 세립질 모래 또는 이들과 점토의 혼합물 등으로 구성되는 층으로서, 유입되는 처리수를 1차적으로 여과하는 역할을 수행할 뿐 아니라, 수생식물의 식생층으로서의 역할을 수행하게 되며, 상부여재층(11)을 통하여 처리수내 미세 고형물이 여과되고, 유기오염물은 수생식물 및 미생물에 의하여 소비되게 된다.
한편, 도면에 도시된 바와 같이, 상부여재층(11)은 그 표면 경사를 완만하고 자연스럽게 만곡되도록 형성하여, 단면내 최대한의 윤변(潤邊)과 다양한 수심을 형성할 수 있도록 함으로써 서식가능한 수생식물종을 최대한 확보할 수 있도록 하였다.
상부여재층(11) 하부에는 입자상의 다공성 미생물 담체로 구성되는 담체층(12)이 형성되는데, 이로써 미생물의 서식환경을 제공할 수 있을 뿐 아니라 이들 담체중 일부에 특정 미생물을 접종하여 포설(鋪設)함으로써 소기의 처리효과를 얻을 수도 있다.
이러한 다공성 담체층(12)의 소재로는 제올라이트(zeolite)나 화산석 등의 자연소재와 발포세라믹(ceramic foam) 등의 인공소재가 사용될 수 있으며, 이 밖에도 활성탄, 숯 등이 다양한 소재가 혼합되어 사용될 수 있다.
본 발명은 수로의 유지관리상 수로내 충전 매질의 준설 및 교환이 필요할 수 있는데, 담체층(12) 상부의 상부여재층(11)이 1차적인 여과 및 처리를 수행하므로 상대적으로 담체층(12)의 오염부하가 낮아지며, 따라서 표층인 상부여재층(11)의 준설 및 교환만을 수행함으로써 고가 소재인 담체층(12) 교환주기를 연장할 수 있다.
담체층(12)과 접촉하면서 미생물에 의하여 영양염류가 제거된 처리수는 담체층(12) 하부에 형성된 하부여재층(13)으로 유입되어 잔류 고형물 및 오염물이 여과됨과 동시에, 하부여재층(13)의 공극을 통하여 하류방향으로 서서히 유하하게된다.
하부여재층(13)의 하부에는 쇄석층(14)이 구성되는데, 쇄석층(14)은 수로의 원 지반과 수로를 충전하는 매질을 분리하여 매질로 충전된 수로의 단면을 유지하는 역할을 수행하고, 원 지반에 작용하는 매질의 하중을 분산하여 과도한 침하가 발생되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
또한, 도 4 및 도 5는 하부여재층(13)에 유공관(有孔管)(20)이 매설된 실시예의 횡단면 및 종단면도로서, 유공관(20)이 매설된 연결수로의 하류단에는 도 5에서와 같이 하부에 유출구(33)가 형성된 주위어(主weir)(31)가 설치되어 유공관(20)을 통하여 집수(集水)된 처리수가 배출된다.
여기서 주위어(31)는 그 정부(頂部) 표고를 연결수로의 평시수위보다 높게 구성하여 평상시에는 유공관(20)을 통하여 집수된 처리수만이 유출구(33)를 통하여 외부로 배출되도록 함으로써, 수로에 충전된 매질의 활용도를 극대할 수 있도록 한다.
한편, 도 6 및 도 7은 주위어(31)의 하류부에 보조위어(32)가 설치된 실시예 의 종단면도로서, 보조위어(32)의 정부는 연결수로의 평시수위 미만이 되도록 구성함으로써, 유공관(20)을 통하여 집수된 처리수가 주위어(31)와 보조위어(32) 사이의 공간에 일시 체류하였다가 보조위어(32)를 월류(越流)하여 배출되도록 한 것이다.
이러한 보조위어(32)는 연결수로의 하류단, 즉 유출구(33)에 소정의 수위를 형성함으로써 연결수로 내, 외부간 과도한 수두차로 인하여 유공관(20) 내부 처리수에 과도한 유속이 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로, 이로써 연결수로의 처리수 체류시간을 확보함과 동시에 충전 매질을 구성하는 입자의 유실을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
도 7은 홍수시 본 발명의 연결수로 종단면도로서, 평시유량을 월등히 초과하는 홍수의 발생시, 주위어(31)를 월류하는 흐름이 발생되어 원활한 배수가 가능하다.
도 8은 본 발명의 연결수로에 목재 방틀(15) 및 식생롤(16)을 적용하여 자연친화적 하천형 수로를 구성한 예로서, 목재 방틀(15)에는 전술한 담체층(12)을 포설하여 수질개선 효과는 물론 시공성 및 호안(護岸) 효과를 확보할 수 있으며, 다수의 천연소재 식생롤(16)을 수로의 사면 및 주변에 배치함으로써 수생 및 수변식물의 활착을 촉진하고, 각종 동식물의 서식환경을 제공할 있도록 하였다.
도 1은 조합형 인공습지가 적용된 하천 평면도
도 2는 조합형 인공습지의 종단면도
도 3은 본 발명의 대표단면도
도 4는 유공관이 적용된 본 발명의 대표단면도
도 5는 유공관이 적용된 본 발명의 종단면도
도 6은 보조위어가 적용된 본 발명의 평수시 종단면도
도 7은 보조위어가 적용된 본 발명의 홍수시 종단면도
도 8은 본 발명의 변형된 실시예 대표단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
11 : 상부여재층
12 : 담체층
13 : 하부여재층
14 : 쇄석층
15 : 방틀
16 : 식생롤
20 : 유공관
31 : 주위어
32 : 보조위어
33 : 유출구

Claims (3)

  1. 인공습지에 연결되는 연결수로에 있어서,
    수로 저면에 포설되는 쇄석층(14)과;
    쇄석층(14) 상부에 포설되는 하부여재층(13)과;
    하부여재층(13) 상부에 포설되고 입자상의 다공성 미생물 담체로 구성되는 담체층(12)과;
    담체층(12)의 상부에 포설되고 수생식물이 식재되는 상부여재층(11)으로 이루어짐을 특징으로 하는 생태정화형 인공습지용 연결수로.
  2. 제1항에 있어서, 하부여재층(13)에는 유공관(20)이 매설되고;
    연결수로의 하류단에는 정부(頂部)의 표고가 연결수로의 평시수위를 초과하는 주위어(31)가 설치되되, 주위어(31)의 하부에는 유출구(33)가 형성되고;
    상기 유공관(20)의 말단부가 유출구(33)와 연결됨을 특징으로 하는 생태정화형 인공습지용 연결수로.
  3. 제2항에 있어서, 주위어(31)의 하류에는 보조위어(32)가 소정거리 이격되어 설치되되;
    보조위어(32)의 정부 표고는 연결수로의 평시수위 미만임을 특징으로 하는 생태정화형 인공습지용 연결수로.
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