KR20110136222A - 생태공학적 수처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생태공학적 수처리 시스템에 관한 것으로서, 생태공학을 이용하여 설치된 친환경적 공정을 이용하여 자연정화능력을 극대화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 오수 및 잡배수가 유입되고 이동하여 흐르는 반응조내에 식재된 수생식물 및 수경초목을 이용하여 흡수, 산화, 분해, 여과하고 정화 처리할 수 있도록 형성되는 수처리 시스템에 있어서, 상기 수처리 공정은, 오수 및 잡배수 등이 저수되는 원수조와; 상기 원수조를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수의 유기물을 처리하는 생태접촉조와; 상기 생태접촉조를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수를 수생식물의 뿌리를 접촉여재로 이용하여 유기물 및 고형물질을 제거하는 생태침강여과조와; 상기 생태침강여과조를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수의 오염물을 흡수, 여과 및 분해를 수행하는 지하흐름습지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

생태공학적 수처리 시스템{ECOLOGICAL SEWAGE WATER TREATMENT SYSTEM}
본 발명은 인공식물섬, 생태침강지, 인공습지의 구성과 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 생태공학을 이용하여 설치된 친환경적 수처리 공정을 이용하여 자연정화능력을 극대화한 생태공학적 수처리 시스템에 관한 것이다.
생태공학적 수처리란(Ecological Sewage Water Treatment)란 토양, 식물, 또는 미생물과 같은 자연 자원들의 정화능력을 이용하여 오염된 환경을 개선하는 인공적으로 조성된 수처리 공정을 의미한다.
이러한 수처리 공정은 자연정화(Natural Treatment)의 대표적인 방법 중 하나이다. 생태공학적 수처리를 이용하여 수질을 개선하는 방법은 기계적인 수질 개선방법에 비하여 에너지 소모가 적고 유지관리가 용이하며 소요경비가 낮고 2차 오염의 우려가 적은 장점이 있다.
따라서, 생태공학적 수처리를 이용한 수질개선방법은 농촌지역과 같이 사용 가능한 공간이 상대적으로 넓은 지역에 유리하다.
종래의 인공습지는 크게 자유수면 처리형 인공습지(FWS; Free Water Surface Treatment Wetland)와, 지하흐름 처리형 인공습지(SSF; Subsurface Flow Treatment Wetland)로 나뉠 수 있다.
종래의 인공습지에 의한 하수 및 오수처리 방법들은 대부분 자유수면 처리형 인공습지나 지하흐름 처리형 인공습지에 기초하고 있다. 특히, 활용부지를 충분히 확보하기 어려운 국내의 현실에는 자유수면 처리형 인공습지 보다는 단위면적당 효율이 상대적으로 뛰어난 지하흐름 처리형 인공습지의 응용적인 변형이 주를 이루고 있다.
이러한 종래의 인공습지에 의한 생태공학적 하수 및 오수처리 방법의 단점은 다음과 같다. 첫째, 장기적인 운전에 따른 모래나 자갈 등의 공극 폐색 현상이 발생할 우려가 크다는 문제점이 있다.
둘째, 동절기 식물 월동 또는 고사에 따른 처리효율 저하의 문제점이 있다.
셋째, 안정적인 처리효율을 확보하기 위하여 기계적인 처리방법에 비하여 과다한 부지사용이 요구되는 문제점이 있다.
넷째, 처리과정에서 생산되는 식물을 제거하여야 하는 문제점이 있다.
다섯째, 모기의 발생 가능성이 커서 보건 위생상의 문제가 발생할 수 있다.
아울러 종래의 인공습지를 이용한 하수 및 오수 처리 방법들은 다음과 같은 공통적인 한계를 가진다.
첫째, 기반재료의 선택이 단순하다. 즉, 인공습지의 기반재료는 식물의 생장 및 기반재료로서의 역할과 효율적인 미생물의 부착 생장을 유도하기 위한 역할을 동시에 수행하여야 하기 때문에 자갈, 모래, 쇄석, 토양 등 매질의 선택이 한정적이다.
또한, 인공습지의 가장 주요한 정화원리인 여과를 위해서는 입자 사이의 공극이 상대적으로 작은 토양이나 모래를 선택해야 함으로써, 하수 및 오수의 수리학적인 양을 처리하기 위한 부지 및 시설이 비대해 지거나 처리 효율을 낮추어야 하는 단점이 있다.
둘째, 적용식물의 선택이 제한적이다. 즉, 수중처리(Aquatic Treatment)에 적용되는 부레옥잠, 개구리밥, 수련 등을 제외하고 인공습지에 적용된 식물들은 갈대, 부들, 줄 등 일반적으로 외국에서 적용되어 제시된 비교적 생육이 왕성하고 주변 환경에 민감하지 않은 식물들 중에서 선택하여 처리 효율을 식물의 생장에 의존하는 단점이 있다.
셋째, 국내의 하수 및 오수 처리 현실은 도시 중심의 인구 밀집 현상으로 인하여 하수와 오수의 발생량도 도시 지역에 집중되어 있으며 하수관거의 정비도 도시 지역 위주로 되어 있어 고효율과 집약적인 처리가 불가피한 문제점이 있다.
그러므로, 자연정화의 근본원리에 충실하여 유지관리의 용이성, 소음 및 에너지 저감 등의 장점을 최대한 살리면서 처리효율과 넓은 부지사용의 문제를 해결할 수 있는 다양한 공법들의 연구가 필요하다.
또한, 인공습지는, 모기 발생과 악취 그리고 식물 부산물 문제를 개선하여 하수 및 오수 처리를 위한 처리시설 뿐만 아니라 다양한 주민 휴식공간이나 공동정원 또는 식물학습장으로 활용될 수 있도록 개발이 요구되고 있다.
특히, 자유수면 처리형 인공습지의 경우에는 내부 기반재료가 대부분 토양으로 구성되며 토양의 표면에서 수위가 형성된다. 따라서, 이는 많은 양의 하수나 오수를 넓은 부지에서 처리할 수 있도록 개발된 시스템으로서, 그 설치 면적이 커서 경제성이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 오수가 토양표면으로 흐르는 관계로 악취 발생 및 모기 발생 문제가 있다.
또한, 지하흐름 처리형 인공습지의 경우에는 오수가 지하로 흐르면서 모래나 자갈, 및 식물의 뿌리에 존재하는 미생물에 의해 처리되므로 자유수면 처리형 인공습지와 비교할 때 처리 효율이 우수하고 사용부지의 면적을 줄일 수 있다. 그러나, 지하흐름 처리형 인공습지의 경우에도 장시간의 운영에 따른 지하부에서 공극 패색의 가능성이 있다.
또한, 오수 유입부는 상부에 위치하며 정화된 오수의 배출구는 하부에 위치하므로 수두형성이 대각선에 가깝게 되므로 식물의 생장이 유입부에서 가까운 곳에 편중되고 배출구 쪽으로 갈수록 수심이 낮아져 상부쪽에는 처리에 직접적으로 사용되지 않는 공간이 발생하여 부지의 낭비가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은, 자연의 자정 능력을 최대한 활용할 수 있도록 생태공학적 수처리 시스템을 구성하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 생태공학적 수처리 공정을 효과적으로 구성하여 처리시간을 단축함으로써 종래 넓은 부지가 필요했던 문제를 해결하고 친환경 공간, 생태학습장 등으로 활용될 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 생태공학적으로 미생물 및 식물에 의한 생물학적 분해, 흡착 및 침전여과 등을 통해 수처리 효율을 안정적으로 유지할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 수처리 공정을 노지 및 온실내에 형성하여 사계절동안 다양한 생태체험을 할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 온실내에 생태공학적 수처리 시설을 설치하는 경우 식물 및 초목의 반복식재 생략과 난방비 절약을 통해 유지관리비를 절감할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 악취의 발생이나, 침전물이 외부로 그대로 노출되는 것을 막을 수 있고, 다량의 오수를 효과적으로 처리하고, 유지보수가 간편하도록 하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 오수 및 잡배수가 저장되고 이동하여 흐르는 저장조에 식재된 수생식물 및 수경초목을 이용하여 여과하고 정화 처리할 수 있도록 형성되는 수처리 시스템에 있어서, 상기 수처리 시스템은, 오수 및 잡배수 등이 저수되는 원수조와; 상기 원수조를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수의 유기물을 처리하는 생태접촉조와; 상기 생태접촉조를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수를 수생식물의 뿌리인 접촉여재로 고형성물질을 제거하는 생태침강 여과조와; 상기 생태침강 여과조를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수의 오염물을 흡수, 여과 및 분해를 수행하는 지하흐름습지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 생태접촉조는, 수심에서 공기를 미세한 기포로 분산시켜서 용존산소를 증대시키는 산기관과, 상기 산기관과 함께 수심에 다수 설치하여 여과하는 끈상미생물여재와, 상기 산기관 및 끈상 미생물여재의 상부에 수경초목을 식재하여 일정 크기로 형성하는 인공식물섬을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 생태침강여과조는, 뿌리를 수중에 많이 내리도록 수표면에 제1여재를 수생식물이 식재한 인공식물섬과, 상기 수생식물이 식재되고 깔대기형 수심에 침강슬러지를 배출할 수 있도록 설치되는 배출밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지하흐름습지는, 수심에 일정 두께로 코코넛화이버 층이 형성되는 제1여재와, 상기 제1여재의 두께로 폴리에틸렌재 층으로 형성되는 제2여재와, 상기 제1여재 및 제2여재를 교대로 다수 형성하고 수표면에 미나리 등이 식재되는 수생식물 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 오수 및 잡배수를 생태공학을 이용하여 친환경적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 자연정화능력을 극대화한 수처리 시스템을 구성하므로서 소요부지를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 온실을 통해 태양열이 인공습지에 전달되도록 함으로써, 사계절 안정적인 처리효율을 유지하고 동절기 난방비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 생태공학적 공정을 통한 처리수는 조경용수, 도로면 세철수 등 중수로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 반응조내 식물의 호흡으로 이산화탄소 저감이 발생하는 효과가 있다.
또한, 반응조내의 초목에 의한 피톤치드 발생을 통해 피로와 스트레스 감소 및 원예치료를 할 수 있어 관광자원으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수처리 공정을 자연상태 및 온실내에 형성하여 생태공간, 체험학습공간 및 관광 레져시설로 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수면 공간뿐만 아니라, 수중 공간까지도 친환경적/친생태적으로 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 다양한 생태계 조성 및 시설물 생물종간의 다양한 상호 작용을 유도하여 생태계의 보존 및 활성화에 크게 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.
또한, 생태공학을 이용하여 오수 및 잡배수를 처리함으로써 수질의 오염을 방지하고 부영양화 등을 억제하여 수질개선에 도움이 되면서 친환경적으로 이용할 수 있는 이점이 있다.
그리고 수처리 공간를 이용하여 생태체험 공원과 레저 공원을 함께 조성할 수 있으므로, 수질환경을 개선하면서 체험학습 및 레저 활동 공간을 동시에 제공할 수 있다.
따라서, 토지이용밀도가 높은 도심에서 매우 유용하게 적용되어 많은 사람들에게 저렴한 가격으로 집에서 가까운 곳에 공원을 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 생태공학적 수처리를 도시한 도면.
도 2는, 도 1에 나타낸 수처리 공정의 구성을 도시한 블록도.
도 3은, 도 1에 나타낸 수처리 공정의 다른 실시예를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.
상기한 생태공학적 수처리(2)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 오수 및 잡배수 등이 저수되는 원수조(4)를 구비한다. 상기한 원수조(4)는 인공습지(2)로 유입되는 오수 및 잡배수 등을 1차적으로 저장한다. 상기한 원수조(4)에서 배출되는 오수 및 잡배수는, 원수조(4)에 연결되어 있는 생태접촉조(6)로 흘러가게 된다.
상기한 생태접촉조(6)는, 오수 및 잡배수내의 유기물을 처리한다. 이러한 생태접촉조(6)에는, 유기물을 처리하기 위하여 산기관(8)을 설치하고 있다. 상기한 산기관(8)은, 수심에서 공기를 미세한 기포로 분산시켜서 산소가 공급되도록 한다.
그리고, 상기 생태접촉조(6)에는, 미생물을 여과하는 끈상미생물여재(10)가 설치되어 있다.
상기한 끈상미생물여재(10)는, 산기관(8)과 함께 수심에 다수 설치되어 오수 및 잡배수 내의 유기물을 1차적으로 여과한다. 상기한 끈상미생물여재(10)는, 산기관(8)에 의하여 폭기될 때 발생하는 침전물을 여과하게 된다.
또한, 상기 상기 생태접촉조(6)의 수표면에는, 수경초목(12)이 식재된 인공식물섬(14)이 형성된다.
상기한 인공식물섬(14)은, 코코넛화이버를 이용한 제1여재(16)로 형성된다. 상기한 인공식물섬(14)의 제1여재(16)에는, 습지 환경이 조성되도록 달뿌리풀, 관음죽 등 수경초목(12)이 식재된다.
상기한 생태접촉조(6)의 수경초목(12)의 뿌리 및 끈상미생물여재(10)는, 오수 및 잡배수의 유기물을 흡수, 산화분해하게 된다. 상기 생태접촉조(6)에서 1차 처리된 오수 및 잡배수는, 생태접촉조(6)를 넘어 생태침강여과조(9)로 흘러간다.
상기한 생태침강여과조(9)는, 생태접촉조(6)를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수의 유기물질 흡수와 고형성 물질을 여과한다. 상기한 생태침강여과조(9)에는, 유기물을 2차적으로 흡수하고 여과하기 위하여 수생식물(18)이 제1여재(16)로 형성된 인공식물섬(14)에 식재되어 있다. 상기 수생식물(18)의 뿌리는, 유기물 흡수와 고형성 물질을 여과하기 위한 접촉여재(20)로 이용된다.
상기한 생태침강여과조(9)의 제1여재(16)에 식재되는 수생식물(18)은, 수중에 뿌리를 아래로 길게 많이 내리는 창포를 식재하는 것이 바람직하다. 즉, 접촉여재(20)로 이용되는 창포의 뿌리가 생태접촉조(6)에서 유입되는 오수 및 잡배수의 유기물흡수와 동시에 고형물을 여과하게 된다.
그리고, 상기한 생태침강여과조(9)의 수심은 깔대기형으로 형성되고 배출밸브(22)가 설치되어 있다. 상기한 배출밸브(22)는, 생태침강여과조(9)내에 가라앉은 침강슬러지(24)를 배출하게 된다. 즉, 배출밸브(22)를 개구시키면, 생태침강여과조(9)의 침강슬러지(24)를 용이하게 배출시킬 수 있다.
상기한 배출밸브(22) 및 산기관(8)은, 자동 및 수동 조작으로 제어할 수 있도록 설치된다.
또한, 상기 인공습지(2)에는, 상기 생태침강여과조(9)를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수에 대하여 흡수, 여과 및 분해를 3차에 걸쳐 수행할 수 있도록 하는 지하흐름습지(26)가 형성된다.
상기한 지하흐름습지(26)는, 수심에 폴리에틸렌재 및 코코넛화이버를 이용하여 일정 두께로 형성되는 제1,2여재(16)(28)에 의하여 교대로 적층된다. 상기한 제1,2여재(16)(28)의 적층단수는, 지하흐름습지(26)의 설계에 따라 다양하게 형성된다.
상기한 제1,2여재(16)(28)의 적층 두께 및 길이는, 오수 및 잡배수의 여과력 정도에 따라 조정된다. 그리고, 상기 지하흐름습지(26)의 최상단인 제1여재(16)에는, 정화력이 좋은 미나리를 식재하여 오수 및 잡배수를 처리할 수 있다.
이하, 상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작용을 설명한다.
먼저, 오수 및 잡배수가 흐르는 수로에 인공습지(2)를 형성한다. 상기 인공습지(2)와 연결되는 수로를 따라 흐른 오수 및 잡배수는 원수조(4)에 저장된다.
상기한 원수조(4)에 유입된 오수 및 잡배수는, 원수조(4)를 넘어 생태접촉조(6)에 유입된다. 상기 생태접촉조(6)에서는 산기관(8)의 폭기를 통해 오수 및 잡배수를 교반시켜 산소를 공급함으로써 많은 호기성미생물이 끈상미생물여재(10)에 부착 성장하도록 한다.
상기한 생태접촉조(6)에 유입되는 오수 및 잡배수의 유기물질은 인공식물섬(14)에 식재된 달뿌리풀 및 관음죽 등의 수경초목(12)에서 수중으로 내린 뿌리 및 미생물에 의하여 제거된다.
상기한 수경초목(12) 및 미생물에 의하여 1차적으로 처리된 오수 및 잡배수는, 생태접촉조(6)를 넘어 생태침강여과조(9)로 흘러든다. 상기한 오수 및 잡배수가 생태침강여과조(9)에 유입되면, 창포 등의 수생식물(18)의 뿌리가 유기물 및 고형물질을 제거하게 된다.
그리고, 수생식물(18)의 뿌리가 유기물, 질소, 인, 영양염류를 흡수하고 제거할 때 오수 및 잡배수의 입자성 고형물은 생태침강여과조(9)의 수심에 침강하여 쌓이게 된다.
상기한 생태침강여과조(9)의 깔대기형 수심에 침강슬러지(24)가 많이 쌓이면 배출밸브(22)를 열어 배출시킨다. 이때 배출밸브(22)를 통해 배출되는 침강슬러지(24)는, 별도의 과정을 거쳐 처리된다.
상기한 수생식물(18)에 의하여 2차적으로 처리된 오수 및 집배수는 생태침강여과조(9)를 넘어 지하흐름습지(26)에 유입된다.
상기한 지하흐름습지(26)에 유입된 오수 및 집배수는, 폴리에틸렌재 및 코코넛화이버의 적층으로 형성되는 제1,2여재(16)(28)를 통해 여과된다. 그리고 제1여재(16)의 상부에 식재된 수생식물(18) 및 수생초목(12)은, 습지에 흘러든 오염물을 흡수 여과하게 된다.
또한, 상기 지하흐름습지(26)에 유입된 오수 및 집배수는, 제1,2여재(16)(28) 및 미생물에 의하여 다시 한번 여과되고 분해됨에 따라 수질이 향상된다.
상기한 지하흐름습지(26)를 통과하는 처리수는, 방류되거나 재활용을 위해 필요한 곳에 공급된다.
상기한 인공습지(2)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 온실(30) 내에 설치될 수 있다. 상기 온실(30) 내에 설치되는 인공습지(2)는, 수경초목(12) 및 수생식물(18)의 생육환경을 일정하게 유지할 수 있다.
이에 따라, 인공습지(2)에는, 다양한 종류의 다년생 수생식물(18) 및 수경초목(12)을 식재할 수 있고, 태양열을 난방에 이용할 수 있어 경제적으로 운영할 수 있다.
그리고, 온실(30) 내에 설치된 인공습지(2)는, 사계절 이용할 수 있고 수생식물(18) 및 수경초목(12)에서 발생되는 피톤치드를 호흡할 수 있는 등 생태체험지로 활용할 수 있다.
본 발명은 생태접촉조, 생태침강여과조 및 지하흐름습지로 구성되는 생태공학적 수처리 공정을 노지 및 온실내에 형성함으로써, 오수 및 잡배수의 수질을 향상시키면서 생태체험시설로도 이용할 수 있도록 한 것으로, 생태체험 및 중수처리등 수처리 산업 분야에 널리 이용될 수 있다.
2: 인공습지 4: 원수조
6: 생태접촉조 8: 산기관
9: 생태침강여과조 10: 끈상미생물여재
12: 수경초목 14: 인공식물섬
16: 제1여재 18: 수생식물
20: 접촉여재 22: 배출밸브
24: 침강슬러지 26: 지하흐름습지
28: 제2여재 30: 온실

Claims (5)

  1. 오수 및 잡배수가 유입되고 이동하여 흐르는 반응조내에 식재된 수생식물 및 수경초목을 이용하여 흡수, 산화, 분해, 여과하고 정화 처리할 수 있도록 형성되는 인공습지 수처리 시스템에 있어서,
    상기 인공습지(2)는,
    오수 및 잡배수 등이 저수되는 원수조(4)와;
    상기 원수조(4)를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수의 유기물을 처리하는 생태접촉조(6)와;
    상기 생태접촉조(6)를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수를 수생식물(18)의 뿌리인 접촉여재(20)로 유기물을 제거하는 생태침강여과조(9)와;
    상기 생태침강여과조(9)를 거쳐 유입되는 오수 및 잡배수의 오염물을 흡수, 여과 및 분해를 수행하는 지하흐름습지(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공습지 수처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 생태접촉조(6)는,
    수심에서 공기를 미세한 기포로 분산시켜서 용존산소를 증대시키는 산기관(8)과,
    상기 산기관(8)과 함께 수심에 다수 설치하여 여과하는 끈상미생물여재(10)와,
    상기 산기관(8) 및 끈상미생물여재(10)의 상부에 수경초목(12)을 식재하여 일정 크기로 형성하는 인공식물섬(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 생태공학적 수처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 생태침강여과조(9)는,
    뿌리를 수중에 많이 내리도록 수면의 제1여재(16)에 수생식물(18)이 식재된 인공식물섬(14)과,
    상기 수생식물(18)이 식재되고 깔대기형 수심에 침강슬러지(24)를 배출할 수 있도록 설치되는 배출밸브(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공습지 수처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지하흐름습지(26)는, 수심에 일정 두께로 코코넛화이버 층이 형성되는 제1여재(16)와, 상기 제1여재(16)의 두께로 폴리에틸렌재 층으로 형성되는 제2여재(28)와, 상기 제1여재(16) 및 제2여재(28)를 교대로 다수 형성하고 수표면에 미나리 등이 식재되는 수생식물(18) 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공습지 수처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인공습지(2)는, 온실(30)내에 설치되는 것을 특징으로 하는 인공습지 수처리 시스템.
















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