KR20110048244A - 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법 - Google Patents

처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 토양 투수계수의 영향 없이 하천수의 처리유량을 증대시킴과 함께 무산소 조건을 안정적으로 형성하여 질소, 인 및 영양염류를 효과적으로 제거할 수 있는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치는 교번하여 순차적으로 적층된 처리토양층과 투수여재층을 포함하여 이루어지며, 각 층의 처리토양층은 일정 체적을 갖는 단위토양층이 일정 간격 이격되어 복수개 배치되는 구조를 이루며, 상기 단위토양층의 상단부에 일정량의 하천수를 저수함과 함께 단위토양층 내부로 하천수를 공급하는 저수부가 구비되며, 상기 투수여재층은 상기 처리토양층보다 수리전도도가 높은 것을 특징으로 한다.
Figure P1020090104967
토양, 저수부, 호기성미생물, 혐기성미생물, 탈질

Description

처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법{Equipment and method for water and stream purification using layered soil system}
본 발명은 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토양 투수계수의 영향 없이 하천수의 처리유량을 증대시킴과 함께 무산소 조건을 안정적으로 형성하여 질소, 인 및 영양염류를 효과적으로 제거할 수 있는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법에 관한 것이다.
지금까지의 이·치수 중심의 하천정비는 하천직강화 및 하천환경 훼손을 유발하였고, 이로 인해 하천 유수의 체류시간이 감소되어 하천의 자정능력 상실이 초래되었다. 한편, 하천오염은 수량이 많고 오염농도가 낮은 특징으로 인하여, 하천 전체수량에 대하여 수처리 공법을 적용하는 것은 경제적인 측면에서 현실적이지 못하다. 따라서, 하천의 자연정화 능력을 회복시키고, 자체적으로 깨끗한 수질을 유지할 수 있도록 하는 친자연형 수질정화 기술에 대한 요구가 점차 증가하고 있다.
이러한 배경 하에 적용된 접촉산화시설, 인공습지, 인공식물섬 등을 이용한 수질정화 기술들은 식생 및 미생물에 의한 우수한 생물학적 제거효율과 주변경관 향상 등의 이점들이 있지만, 홍수시 그 기능을 지속적으로 유지할 수 없거나 구조 자체가 붕괴되는 한계점을 갖고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 지표수, 지하수, 토지를 포함한 유역 공간을 고려할 수 있는 자연친화적 수질정화 방법이 필요하다.
이러한 관점에서, 한국등록특허 제586496호에 제시된 '하천수, 호소수, 하폐수처리장치의 방류수 처리를 위한 복류식 정화장치 및 이를 이용한 정화처리방법'은 고수부지 또는 호소변의 부지에 복류정화지를 조성하여 토양의 여과, 흡착 및 미생물 대사작용으로 유기물 분해함과 함께 식물을 식재하여 질소와 인을 제거하여 수질개선을 기대하고 있다. 하지만, 상기의 방법은 그 처리용량이 토양층의 투수계수에 절대적으로 의존하기 때문에 투수능이 좋지 않은 토양을 사용할 경우 처리용량의 확보가 어렵고, 장기운전시 폐색(clogging) 현상이 발생하여 운전의 유지가 어려운 단점을 갖고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 다단토양층 방법을 개발하여 사용하고 있다. 일본특허공개공보 제2004-154696호 등에 개시된 다단토양층 방법을 살펴보면, 기본적으로 토양을 이용한 정화법을 근간으로 하나 구조를 개선하여 유체의 흐름을 변화시킨 것을 특징으로 하는데, 구체적으로 토양을 일정한 형태로 블록화하여 대상지역 및 반응조에 벽돌쌓기 모형으로 토양층을 쌓아 올리고, 토양층 사이에는 투수층을 형성하여 통수능을 향상시키는 것이다. 이러한 방법의 경우, 투수층의 통수능을 향상시켜 처리량을 증대시킬 수 있는 장점이 있으나, 하천수가 투과되는 과정에 서 대부분의 하천수가 투수층을 통하여 투과가 이루어지기 때문에 하천수 처리에 중요한 역할을 하는 토양층으로의 투수량이 줄어들어 처리효율이 상대적으로 떨어지는 단점이 있다. 특히, 투과유속이 상대적으로 빨라 토양층 내에서의 체류시간이 짧아지고, 이에 따라 질소 제거에 중요한 역할을 하는 탈질에 필수적인 무산소 조건을 만들기가 매우 어려워 질소 제거효율이 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 토양 투수계수의 영향 없이 하천수의 처리유량을 증대시킴과 함께 무산소 조건을 안정적으로 형성하여 질소, 인 및 영양염류를 효과적으로 제거할 수 있는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치는 교번하여 순차적으로 적층된 처리토양층과 투수여재층을 포함하여 이루어지며, 각 층의 처리토양층은 일정 체적을 갖는 단위토양층이 일정 간격 이격되어 복수개 배치되는 구조를 이루며, 상기 단위토양층의 상단부에 일정량의 하천수를 저수함과 함께 단위토양층 내부로 하천수를 공급하는 저수부가 구비되며, 상기 투수여재층은 상기 처리토양층보다 수리전도도가 높은 것을 특징으로 한다.
상기 단위토양층 내부에 호기성미생물과 혐기성미생물이 구비되며, 상기 호기성미생물은 하천수 내에 용존되어 있는 용존산소를 이용하여 하천수 내의 유기물을 분해함과 함께 질산화 반응을 통해 하천수에 존재하는 유기질소 및 암모니아성 질소(NH4-N)를 질산성 질소(NO3-N)로 전환하는 역할을 하며, 상기 혐기성미생물은 상기 호기성미생물에 의해 용존산소가 모두 소모된 무산소 상태에서 상기 질산성 질소를 질소 가스로 환원시키는 역할을 한다. 이 때, 상기 단위 토양층의 상층부에 호기성 미생물이 구비되고, 단위 토양층의 하층부에는 혐기성 미생물이 구비될 수 있다.
상기 저수부의 체적은 상기 단위토양층의 체적 대비 1/5∼1/3인 것이 바람직하며, 상기 저수부 내에 하천수의 오염물질을 흡착, 이온교환을 통해 제거하는 흡착여재가 더 구비되며, 상기 흡착여재는 마사토, 활성탄, 제올라이트(zeolite), 펄라이트(perlite), 부식토, 슬래그(slag) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 단위토양층의 수리전도도는 자연토양과 여재의 혼합에 의해 제어되며, 상기 투수여재층은 처리토양층들 및 단위토양층들 사이에 구비되어 하천수 내에 존재하는 암모니아성 질소와 인을 흡착하거나, 이온교환을 통해 하천수 내의 오염물질을 제거한다. 상기 투수여재층 및 단위토양층의 여재는 상기 흡착여재의 구성물과 동일하게 구성할 수 있다.
상기 처리토양층 또는 투수여재층의 전면 상에 격자 형태로 배치되어 하천수를 공급하는 하천수 분배관이 더 구비되며, 상기 처리토양층 또는 투수여재층이 복수의 구역으로 구분된 상태에서, 상기 하천수 분배관을 통해 각각의 구역에 공급되는 하천수는 선택적으로 공급 또는 차단될 수 있다. 또한, 상기 처리토양층과 투수여재층이 교번 적층된 상태에서 내부의 투수여재층에 직접 하천수가 공급되도록 하천수 분배관이 구비될 수 있다.
상기 처리토양층, 투수여재층 중 적어도 어느 한 곳 이상에 구비되어 처리토양층 또는 투수여재층에 산소를 공급하는 산기관이 더 구비될 수 있다. 또한, 최하단의 처리토양층 또는 최하단의 투수여재층 하부에 구비되어 상기 처리토양층과 투수여재층을 거쳐 최종 처리된 처리수가 집수되는 집수조가 더 구비될 수 있다.
상기 처리토양층과 투수여재층의 둘레 및 바닥에 차폐벽이 구비되며, 최하단의 처리토양층 또는 투수여재층 하부에 자갈층이 구비되며 상기 자갈층이 집수조의 역할을 한다. 상기 집수조에 집수된 처리수는 하천에 방류되거나 별도의 집수정에 저장될 수 있다.
또한, 양수된 하천수를 일시 저류하여 하천수 내의 토사, 조류, 미세 플럭의 부유물질을 침전, 분리하는 전처리 저류조가 더 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 처리토양층과 투수여재층을 이용한 하천수질 정화방법은 교번하여 순차적으로 적층된 처리토양층과 투수여재층을 이용한 하천수질 정화방법에 있어서, 각 층의 처리토양층은 일정 체적을 갖는 단위토양층이 일정 간격 이격되어 복수개 배치되는 구조를 이루며, 상기 단위토양층의 상단부에 일정량의 하천수를 저수함과 함께 단위토양층 내부로 하천수를 공급하는 저수부가 구비되며, 상기 투수여재층은 상기 처리토양층보다 수리전도도가 높으며, 상기 단위토양층의 저수부 내의 하천수가 단위토양층을 투과하는 과정에서, 상기 단위토양층 내의 호기성미생물이 하천수 내에 용존되어 있는 용존산소를 이용하여 하천수 내의 유기물을 분해함과 함께 질산화 반응을 통해 하천수에 존재하는 유기질소 및 암모니아성 질 소(NH4-N)를 질산성 질소(NO3-N)로 전환하며, 상기 단위토양층 내의 혐기성미생물이 상기 혐기성미생물은 상기 호기성미생물에 의해 용존산소가 모두 소모된 무산소 상태에서 상기 질산성 질소를 질소 가스로 환원시켜, 하천수 내의 유기물 및 질소 성분을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
하천변 토양의 투수계수와 상관없이 대용량의 수질정화가 가능하며, 기존 토양층을 통한 수질정화방법에 비하여 처리토양층에 저류부를 구비시킴으로써 추가적인 탈질 반응을 유도하여 질소 제거능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 처리토양층과 투수여재층의 구성재료를 다양화하여 여과, 흡착, 이온교환 등의 물리·화학적 제거 및 다양한 산화·환원 조건하에서의 생물학적 분해작용을 통해 대상처리수에 존재하는 다양한 오염물질을 제거할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 처리토양 층(110) 및 투수여재층(120)을 이용한 하천수질 정화장치는 처리토양층(110)과 투수여재층(120)을 포함하여 이루어진다.
상기 처리토양층(110)과 투수여재층(120)은 교번하여 순차적으로 적층되며, 각 층의 처리토양층(110)은 일정 체적을 갖는 단위토양층(101)이 일정 간격 이격되어 복수개 배치되는 구조를 갖는다. 이 때, 처리토양층(110)의 투수여재층(120)의 적층 순서는 무관하며 이에 따라, 최상단 또는 최하단에 처리토양층(110)이 구비되거나 투수여재층(120)이 구비될 수도 있다.
상기 처리토양층(110)은 생물학적 반응을 통해 하천수 내의 유기물 및 질소 성분을 제거하는 역할을 하고, 상기 투수여재층(120)은 하천수 내의 오염물질을 흡착, 이온교환 등을 통해 제거함과 함께 각 층의 처리토양층(110)에서의 생물학적 반응이 반복되도록 각 층의 처리토양층(110)에 하천수를 공급하는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 처리토양층(110)을 구성하는 단위토양층(101)은 하천수 내의 오염물질을 생물학적 반응을 통해 제거하는 단위 부재로서, 도 3에 도시한 바와 같이 각각의 단위토양층(101)의 상단부에는 일정량의 하천수를 저수할 수 있는 저수부(101a)가 구비된다. 상기 저수부(101a) 내에 저수된 하천수는 일정 시간을 갖고 상기 단위토양층(101) 내로 흡수되며, 상기 단위토양층(101) 내에서의 생물학적 반응을 거쳐 오염물질이 제거된 채로 처리수 형태로 배출된다.
상기 단위토양층(101) 내에는 호기성미생물과 혐기성미생물이 구비되며, 상기 호기성미생물은 하천수 내에 용존되어 있는 용존산소를 이용하여 하천수 내의 유기물을 분해함과 함께 질산화 반응을 통해 하천수에 존재하는 유기질소 및 암모 니아성 질소(NH4-N)를 질산성 질소(NO3-N)로 전환하는 역할을 한다. 또한, 상기 혐기성미생물은 상기 호기성미생물에 의해 용존산소가 모두 소모된 상태 즉, 무산소 상태에서 상기 질산성 질소를 질소 가스로 환원시키는 이른 바, 탈질 반응을 유도하는 역할을 한다. 정리하면, 단위토양층(101)의 저수부(101a) 내의 하천수가 단위토양층(101)을 투과하는 과정에서, 하천수의 용존산소는 호기성미생물의 유기물 분해 및 질산화 반응에 이용되어 궁극적으로 모두 소모되며, 용존산소가 모두 소모된 무산소 상태에서 하천수 내의 질산성 질소는 혐기성미생물에 의해 질소 가스로 환원되며, 이와 같은 과정을 통해 하천수 내의 유기물 및 질소 성분은 제거된다. 이에 따라, 단위 토양층의 상층부에 호기성 미생물이 구비되고, 단위 토양층의 하층부에는 혐기성 미생물이 구비되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 단위토양층(101) 내의 호기성미생물 및 혐기성미생물은 자연토양 내에 존재하는 것을 이용하거나 인위적으로 구비시킬 수도 있다.
상기 처리토양층(110) 즉, 단위토양층(101)에서의 생물학적 반응을 활성화시키기 위해서는 단위토양층(101)에 흡수되는 하천수의 양을 증대시켜야 하는데, 이를 위해 상술한 바와 같이 저수부(101a)가 각각의 단위토양층(101)의 상단부에 구비되는 것이다(도 4a 참조). 반면, 단위토양층(101)의 상단부에 저수부(101a)가 구비되지 않게 되면 도 4b에 도시한 바와 같이 토양층(20)을 투과하는 하천수의 양이 최소화되어 하천수 내의 오염물질에 대한 생물학적 제거가 효과적으로 이루어지지 않는다.
또한, 상기 단위토양층(101)의 수리전도도 등을 고려하여 상기 저수부(101a)의 체적은 단위토양층(101)의 체적 대비 1/5∼1/3 정도가 바람직하다. 이와 함께, 상기 저수부(101a) 내에 흡착여재(102)가 더 구비될 수 있으며, 상기 흡착여재(102)는 저수부(101a) 내에 저수된 하천수의 오염물질을 흡착, 이온교환 등을 통해 제거하는 역할을 하며, 상기 흡착여재(102)는 후술하는 투수여재층(120)을 구성하는 여재와 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 단위토양층(101)에서의 생물학적 반응효율과 하천수의 처리량은 상기 단위토양층(101)의 투수계수 즉, 수리전도도의 제어를 통해 가능하다. 단위토양층(101)의 수리전도도가 낮은 경우에는 투과속도가 작아지고 체류시간이 길어지게 되어 생물학적 반응효율은 높아지나 하천수 처리량은 낮아지게 된다. 반대로, 단위토양층(101)의 수리전도도가 높은 경우에는 투과속도가 커지고 체류시간이 짧아지게 되어 생물학적 반응효율은 낮아지나 하천수 처리량은 향상된다. 이와 같은 생물학적 반응효율과 하천수의 처리량의 관계를 고려하여 단위토양층(101)의 수리전도도는 0.001∼0.05cm/s의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 단위토양층(101)은 자연토양과 여재로 구성되는데, 이들의 적절한 혼합을 통해 수리전도도를 선택적으로 설정할 수 있으며, 상기 여재는 마사토, 활성탄, 제올라이트(zeolite), 펄라이트(perlite), 부식토, 슬래그(slag) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진다.
상기 투수여재층(120)은 처리토양층(110)들 및 단위토양층(101)들 사이에 구비되어 하천수 내에 존재하는 암모니아성 질소와 인을 흡착하거나, 이온교환을 통 해 하천수 내의 오염물질을 제거하는 역할을 한다. 이와 같은 투수여재층(120)은 상기 단위토양층(101)을 구성하는 여재와 동일한 물질로 구성될 수 있다. 즉, 상기 투수여재층(120)은 마사토, 활성탄, 제올라이트(zeolite), 펄라이트(perlite), 부식토, 슬래그(slag) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 투수여재층(120)은 상기 처리토양층(110)의 낮은 투수성을 보완하여 처리용량을 늘리는 역할을 수행하며, 이를 위해 상기 투수여재층(120)을 구성하는 여재는 1∼5mm의 입경을 갖는 것이 바람직하다.
이상, 처리토양층(110)과 투수여재층(120)에 대해 설명하였는데, 본 발명의 일 실시예에 따르면 복수번 교번하여 적층된 처리토양층(110)과 투수여재층(120)의 전체 높이는 지하수위, 하천수위 및 하상계수를 고려하여 1∼5m로 설계하는 것이 바람직하며, 이 때 처리토양층(110)과 투수여재층(120) 각각의 높이는 5∼25cm, 각 단위토양층(101)의 가로 및 세로길이는 10∼50cm 정도가 바람직하다
한편, 상기 처리토양층(110)과 투수여재층(120) 이외에 본 발명의 일 실시예에 따른 처리토양층(110) 및 투수여재층(120)을 이용한 하천수질 정화장치에는 전처리 저류조(130), 하천수 분배관(140), 산기관(150) 및 집수조(160) 등이 더 구비된다.
상기 전처리 저류조(130)는 양수펌프(10)를 통해 양수된 하천수를 일시 저류하여 하천수 내의 토사, 조류, 미세 플럭 등의 각종 부유물질을 침전, 분리하는 역할을 하며, 인공습지 형태의 저류연못 또는 투수성이 높은 토양여재를 구비한 침투형 여과연못의 형태로 구성될 수 있다. 이 때, 별도의 양수펌프 없이 하천 상류에 도수관을 구비시키거나 인공적인 소하천을 형성하여 하천수가 자연 유하되도록 하여 상기 전처리 저류조(130)로 공급할 수도 있다.
상기 하천수 분배관(140)은 상기 처리토양층(110) 또는 투수여재층(120)의 전면 상에 격자 형태로 배치되어 상기 전처리 저류조(130)의 하천수를 균일하게 공급하는 역할을 한다. 상기 하천수 분배관(140)을 통해 공급되는 하천수는 처리토양층(110) 또는 투수여재층(120)의 위치에 따라 선택적으로 제어가 가능하다. 예를 들어, 처리토양층(110) 또는 투수여재층(120)을 복수의 구역으로 구분하고, 각각의 구역에 대해 선택적으로 하천수를 공급함으로써 운전 및 휴지를 제어할 수 있다. 또한, 처리토양층(110)과 투수여재층(120)이 교번 적층된 상태에서 내부의 투수여재층(120)에 직접 하천수가 공급되도록 하천수 분배관(140)을 구비시킬 수도 있다. 한편, 상기 하천수 분배관(140)을 통해 공급되는 전처리된 하천수의 유량은 처리토양층(110)의 수리전도도 및 설계 유량을 고려함과 함께 처리토양층(110) 내의 공극이 모두 포화되지 않도록 하여 500∼10,000ℓ/m2·day 수준으로 공급하는 것이 바람직하며, 일정 시간을 두고 간헐적으로 공급될 수도 있다.
상기 산기관(150)은 상기 처리토양층(110), 투수여재층(120) 중 적어도 어느 한 곳 이상에 구비되어 처리토양층(110) 또는 투수여재층(120)에 산소를 공급하여 장기간 운전시 막힘 현상(clogging)이 발생하는 것을 방지함과 함께 용존산소가 부족할 경우 산소 공급원으로서의 역할을 한다.
상기 집수조(160)는 최하단의 처리토양층(110) 또는 투수여재층(120) 하부에 구비되어 상기 처리토양층(110)과 투수여재층(120)을 거쳐 최종 처리된 처리수가 집수되는 공간이며, 상기 집수조(160)에 집수된 처리수는 집수관(161)을 통해 하천으로 이송된다. 한편, 처리토양층(110)과 투수여재층(120)의 설치위치가 지하수위보다 낮거나 지하수와의 격리가 요구되는 경우, 처리토양층(110)과 투수여재층(120)의 둘레 및 바닥에는 콘크리트 또는 투수계수가 극히 낮은 점토층으로 이루어진 차폐벽이 구비되는데, 이 경우 최하단의 처리토양층(110) 또는 투수여재층(120) 하부에는 자갈층(162)이 구비되며 상기 자갈층(162)이 집수조(160)의 역할을 한다. 또한, 집수된 처리수를 하천에 방류하지 않고 별도의 집수정에 저장시켜 수질개선 및 하천수량을 제어함에 이용할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치의 단면도.
도 2는 도 1의 A-A`, B-B`선에 따른 단면을 겹쳐서 나타낸 입면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위토양층의 사시도.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 단위토양층과 저수부가 구비되지 않은 토양층을 투과하는 하천수를 나타낸 참고도.
<도면 주요부분에 대한 설명>
101 : 단위토양층 101a : 저수부
102 : 흡착여재 110 : 처리토양층
120 : 투수여재층 130 : 전처리 저류조
140 : 하천수 분배관 150 : 산기관
160 : 집수조 161 : 집수관
162 : 자갈층

Claims (19)

  1. 교번하여 순차적으로 적층된 처리토양층과 투수여재층을 포함하여 이루어지며,
    각 층의 처리토양층은 일정 체적을 갖는 단위토양층이 일정 간격 이격되어 복수개 배치되는 구조를 이루며,
    상기 단위토양층의 상단부에 일정량의 하천수를 저수함과 함께 단위토양층 내부로 하천수를 공급하는 저수부가 구비되며,
    상기 투수여재층은 상기 처리토양층보다 수리전도도가 높은 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위토양층 내부에 호기성미생물과 혐기성미생물이 구비되며,
    상기 호기성미생물은 하천수 내에 용존되어 있는 용존산소를 이용하여 하천수 내의 유기물을 분해함과 함께 질산화 반응을 통해 하천수에 존재하는 유기질소 및 암모니아성 질소(NH4-N)를 질산성 질소(NO3-N)로 전환하는 역할을 하며,
    상기 혐기성미생물은 상기 호기성미생물에 의해 용존산소가 모두 소모된 무산소 상태에서 상기 질산성 질소를 질소 가스로 환원시키는 역할을 하는 것을 특징 으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단위 토양층의 상층부에 호기성 미생물이 구비되고, 단위 토양층의 하층부에는 혐기성 미생물이 구비되는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 저수부의 체적은 상기 단위토양층의 체적 대비 1/5∼1/3인 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 저수부 내에 하천수의 오염물질을 흡착, 이온교환을 통해 제거하는 흡착여재가 더 구비되며, 상기 흡착여재는 마사토, 활성탄, 제올라이트(zeolite), 펄라이트(perlite), 부식토, 슬래그(slag) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단위토양층의 수리전도도는 자연토양과 여재의 혼합에 의해 제어되며, 상기 여재는 마사토, 활성탄, 제올라이트(zeolite), 펄라이트(perlite), 부식토, 슬래그(slag) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 투수여재층은 처리토양층들 및 단위토양층들 사이에 구비되어 하천수 내에 존재하는 암모니아성 질소와 인을 흡착하거나, 이온교환을 통해 하천수 내의 오염물질을 제거하며, 상기 투수여재층은 마사토, 활성탄, 제올라이트(zeolite), 펄라이트(perlite), 부식토, 슬래그(slag) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 처리토양층 또는 투수여재층의 전면 상에 격자 형태로 배치되어 하천수를 공급하는 하천수 분배관이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 처리토양층 또는 투수여재층이 복수의 구역으로 구 분된 상태에서, 상기 하천수 분배관을 통해 각각의 구역에 공급되는 하천수는 선택적으로 공급 또는 차단되는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 처리토양층과 투수여재층이 교번 적층된 상태에서 내부의 투수여재층에 직접 하천수가 공급되도록 하천수 분배관이 구비되는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 처리토양층, 투수여재층 중 적어도 어느 한 곳 이상에 구비되어 처리토양층 또는 투수여재층에 산소를 공급하는 산기관이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 최하단의 처리토양층 또는 최하단의 투수여재층 하부에 구비되어 상기 처리토양층과 투수여재층을 거쳐 최종 처리된 처리수가 집수되는 집수조가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 처리토양층과 투수여재층의 둘레 및 바닥에 차폐벽이 구비되며, 최하단의 처리토양층 또는 투수여재층 하부에 자갈층이 구비되며 상기 자갈층이 집수조의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 집수조에 집수된 처리수는 하천에 방류되거나 별도의 집수정에 저장되는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 양수된 하천수를 일시 저류하여 하천수 내의 토사, 조류, 미세 플럭의 부유물질을 침전, 분리하는 전처리 저류조가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치.
  16. 교번하여 순차적으로 적층된 처리토양층과 투수여재층을 이용한 하천수질 정화방법에 있어서,
    각 층의 처리토양층은 일정 체적을 갖는 단위토양층이 일정 간격 이격되어 복수개 배치되는 구조를 이루며, 상기 단위토양층의 상단부에 일정량의 하천수를 저수함과 함께 단위토양층 내부로 하천수를 공급하는 저수부가 구비되며, 상기 투수여재층은 상기 처리토양층보다 수리전도도가 높으며,
    상기 단위토양층의 저수부 내의 하천수가 단위토양층을 투과하는 과정에서,
    상기 단위토양층 내의 호기성미생물이 하천수 내에 용존되어 있는 용존산소를 이용하여 하천수 내의 유기물을 분해함과 함께 질산화 반응을 통해 하천수에 존재하는 유기질소 및 암모니아성 질소(NH4-N)를 질산성 질소(NO3-N)로 전환하며,
    상기 단위토양층 내의 혐기성미생물이 상기 혐기성미생물은 상기 호기성미생물에 의해 용존산소가 모두 소모된 무산소 상태에서 상기 질산성 질소를 질소 가스로 환원시켜, 하천수 내의 유기물 및 질소 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 단위토양층의 수리전도도는 0.001∼0.05cm/s이며, 상기 투수여재층의 수리전도도는 상기 단위토양층보다 높은 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 처리토양층과 투수여재층에 하천수가 공급되기 전 에, 하천수 내의 부유물질을 침전분리하는 전처리 저류단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 처리토양층 또는 투수여재층의 전면 상에 격자 형태로 배치된 하천수 분배관을 통해 하천수가 공급되며, 상기 처리토양층 또는 투수여재층이 복수의 구역으로 구분된 상태에서, 상기 하천수 분배관을 통해 각각의 구역에 공급되는 하천수는 선택적으로 공급 또는 차단되는 것을 특징으로 하는 처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화방법.
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