KR20130021089A - 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 역세척 부유습지 시스템은, 제1펌프로 끌어올린 정화원수를 다수의 격벽과 여과부재로 이루어진 수로를 통과하도록 하여 정수를 수행하고, 주기적으로 상기 여과부재를 역세척하는 역세척 부유습지와, 식물들을 배양할 수 있는 식생매트를 바닥면에 구비하는 상층부와 호퍼(hopper)형태의 하층부로 구성되며, 상기 역세척 부유습지로부터 정수된 배출수가 유입되면, 또 한번의 자연정화를 위해 유입된 배출수를 상기 상층부로 흐르도록 하고, 상기 역세척 부유습지로부터 역세척된 배출수가 유입되면, 유입된 배출수를 이물질들의 침전을 위해 상기 하층부로 흐르도록 하는 식생형 침전지를 포함하여 구성된다.
본 발명은 작은 섬과 같은 부유습지를 제작하여 습지, 강, 호수, 인공습지 등에 띄워 설치되므로 여과를 위한 넓은 부지가 필요 없어 관리비용이 절감되는 효과가 있다. 또한, 습지, 강, 호수 등에 띄우기만 하기 때문에 설치가 간편하고 관리가 편리한 효과가 있다. 또한, 식물이 생육하는 섬 형태를 가지기 때문에 미관을 아름답게 하는 효과가 있다. 또한, 여과부재를 세척하여 반영구적으로 사용할 수 있기 때문에 여과부재의 교체가 필요하지 않아 자원의 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 여과부재 및 자연식물을 통하여 수질이 개선되어 정수처리 비용이 절감되는 효과가 있다. 또한, 생물의 서식처 기능을 함으로써 다양한 수생물을 보호할 수 있는 효과가 있다.

Description

역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템{Back Washing Floating Wetland and Vegetation settling System}

본 발명은 부유습지 또는 인공식물섬에 관한 것으로, 특히 여과부재 세척이 가능한 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템에 관한 것이다.

우리나라는 급격한 산업화로 인하여 많은 공장이 세워지고, 도시화에 따른 인구집중 현상으로 인하여 많은 폐수를 발생하게 되었다. 그러나 자연정화가 한계점에 다다르자 수질오염이 심각하게 됐다. 그래서 정부는 환경에 대한 중요성, 특히 수질오염에 대한 심각성을 인식하고, 그에 따른 법을 제정하고, 하수처리장 확충 등의 수질개선을 위해 많은 노력을 해오고 있다. 그 결과 점오염원을 성공적으로 절감하였다. 그러나 비점오염물질(특정한 배출경로를 가진 것과는 달리 도시노면배수나 농경지배수와 같은 불특정한 배출경로를 통해 발생 되는 물질을 말한다.)을 제어하지 못해 최근까지도 목표수질을 달성할 수 없었다. 특히 비점오염물질은 많은 비가 내리면 유출되는데 특히 우리나라는 사계절을 가지고 강우량이 일정하지 않아 정량화가 어렵기 때문에 제도적으로 배출기준을 정하지 못하고 있는 실정이다.

그래서 점오염물질 및 비점오염물질을 정화하기 위한 여러 가지의 방법이 제시되고 있다. 그 중에서 수중의 물질을 성장이 왕성한 수생식물이 흡수하도록 하는 방법이 주목받고 있다. 이 방법은 비교적 자연적인 조건과 과정에 의해 진행되므로 이러한 자연정화 과정은 식생만 잘 조성되면 훌륭한 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 그 중 종래기술(등록번호10-0967170)으로 부터 자세히 살펴보면 다음과 같다.

도1은 종래기술에 따른 인공습지 생물 여상법에 따른 비점오염물질 처리를 위한 자연형 시설을 도시한 단면도이다. 종래기술을 도1을 참조하여 설명하면, 비점오염원으로부터 유입되는 초기 우수를 공급받아, 상기 초기 우수에 함유되어 있는 각종 이물질을 초기 우수 수집조(10) 내에 설치되어 있는 와류형스크린(11)을 이용하여 1차 처리하게 된다. 상기 와류형스크린(11)은 수동력학적 와류현상(vortex)을 이용한 중력침강, 스크린(Screen) 및 Filter를 이용한 처리기작으로서, 협잡물(Gross Pollutants), 침전성물질, Oil & Grease, 부유물질(SS)등이 제거된다.

그리고, 상기 스크린처리 과정을 거친 초기우수는 수압차에 의해, 초기 우수수집조(10)로부터 초기 우수 공급관(100)을 통과하여 자연형 비점오염물질 처리시설(1)로 자연적으로 이송되고, 이송된 초기우수는 인공습지층(20)에 식재되어 있는 식생식물에 의한 인·질소제거과정과, 초기 우수 중 일부가 생물막 여과기(50)로 월류되어 미생물담체(501)의 미생물 작용에 의한 유기물 분해과정을 거치게 된다. 상기 인공습지층(20)을 통과한 초기 우수는 다시 상기 인공습지층(20) 하부에 형성되어 있는 여과층(30)인 모래층(301) 및 자갈층(302) 내부의 생물막에 의한 흡착·여과작용과, 모래층 및 자갈층 간극에서의 침전작용에 의한 오염물질 제거 과정이 이루어지며, 상기 여과층(30)을 통과한 초기 우수와, 상기 생물막 여과기(50)를 통과한 초기 우수를 집수정(60)으로 집수한 후 방류관(200)을 통해 외부로 방류하게 된다.

위와 같은 종래의 기술은 정화를 위한 넓은 부지를 필요하기 때문에 정화를 위한 장소 선정이 한정적이며 넓은 부지관리로 인한 비용이 많이 든다. 또한 불특정한 장소에서 유입되는 비점오염물질에 오염된 물을 전량 회수가 불가능하며, 자연정화를 위한 요소들이 정화의 한계점에 도달하였을 때 교체가 불가능하다. 그리고 교체가 가능해도 수면 밑으로 들어가 작업을 해야하기 때문에 관리가 용이하지 못하다.

또한 물을 정수하여 배출하였다 해도 불특정한 장소부터 유입되는 오염물질에 재오염되는 가능성이 크고, 재오염된 물을 재정화하기 어렵다.

또한, 정수장치로 인하여 미관이 좋지않다.

종래의 기술은 장소선정이 한정적이며, 넓은 부지사용으로 인한 관리비용과 설비투자에 막대한 비용이 소요되는 단점이 있다.

또한, 불특정 다수의 장소에서 발생되는 오염물질에 오염된 물의 전량 회수가 어려운 단점이 있다.

그리고 식물 및 정화를 위한 장치들이 정화 한계점에 도달 시 교체가 어려운 단점이 있다.

또한, 정수된 물이 재오염 시 재정화하기 어려운 단점이 있다.

마지막으로, 정화장치로 인하여 미관을 해치는 단점이 있다.

본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상시 물이 모이는 호수, 댐, 저수지, 인공습지 등의 수질정화를 위해 수면에 직접설치 할 수 있는 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 정화기능을 하는 여과부재를 세척하여 반영구적으로 사용할 수 있는 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 여과부재 세척 후 유출되는 유기물 및 영양염류를 침전시켜 지상에서 건조 후 비료로 사용함으로써 친환경적인 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1펌프로 끌어올린 정화원수를 다수의 격벽과 여과부재로 이루어진 수로를 통과하도록 하여 정수를 수행하고, 주기적으로 상기 여과부재를 역세척하는 역세척 부유습지와, 식물들을 배양할 수 있는 식생매트를 바닥면에 구비하는 상층부와 깔때기 형상의 하층부로 구성되며, 상기 역세척 부유습지로부터 정수된 배출수가 유입되면, 또한번의 자연정화를 위해 유입된 배출수를 상기 상층부로 흐르도록 하고, 상기 역세척 부유습지로부터 역세척된 배출수가 유입되면, 유입된 배출수를 이물질들의 침전을 위해 상기 하층부로 흐르도록 하는 역세척 부유습지를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 역세척 부유습지는 각각의 여과부재의 하부에 위치하며, 다수의 분출공을 구비하는 역세척 파이프와, 상기 역세척 파이프와 연결되어 상기 여과부재의 여재(濾材)간에 틈을 형성하도록 상기 분출공을 통해 소정의 공기압을 분사하는 에어펌프와, 상기 역세척 파이프와 연결되어 상기 여과부재의 여재(濾材)간의 틈에 상기 분출공을 통해 소정의 수압을 분사하는 워터펌프를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 역세척 부유습지는 상기 여과부재를 통과하여 정화된 배출수를 상기 식생형 침전지의 상층부로 이동시키고, 상기 역세척 후 유입된 배출수는 상기 식생형 침전지의 하층부로 이동시키는 제2펌프를 더 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 식생매트는 부들류, 창포류, 물억새, 줄, 미나리, 달뿌리풀, 갈대, 물옥잠, 부레옥잠, 택사 중 적어도 하나 또는 2 종류 이상을 함께 배양할 수 있다.

그리고, 상기 식생형 침전지의 하층부는 상기 여과부재 세척 후 이물질이 포함된 정화원수를 받아들여 상기 이물질을 상기 하층부 하부로 침전시키는 다수개의 격벽과, 상기 하층부의 하부에 형성된 이물질 퇴출구와 파이프로 연결되어 상기 이물질을 외부로 배출하는 제3펌프를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 역세척 부유습지 및 식생형 침전지는 정화원수와 맞닿는 외부면에, 산란 인공초를 심기 위한 그물망에 의해 덮여 있고, 상기 외부면 모서리 일측에 수면에서의 위치 고정을 위한 고리를 구비할 수 있다.

본 발명은 작은 섬과 같은 부유습지를 제작하여 습지, 강, 호수, 인공습지 등에 띄워 설치하므로 여과를 위한 넓은 부지가 필요 없어 관리비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 습지, 강, 호수 등에 띄우기만 하기 때문에 설치가 간편하고 관리가 편리한 효과가 있다.

또한, 식물이 생육하는 섬 형태를 가지기 때문에 미관을 아름답게 하는 효과가 있다.

또한, 여과부재를 세척하여 반영구적으로 사용할 수 있기 때문에 여과부재의 교체가 필요하지 않아 자원의 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 여과부재 및 자연식물을 통하여 수질개선되어 정수처리 비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 생물의 서식처 기능을 함으로써 다양한 수생물을 보호할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 발명에 따른 비점오염물질 처리를 위한 인공습지 생물 여상법을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 역세척 부유습지 및 식생형 침전지의 A-A'선 단면사시도.
도 4은 본 발명에 따른 정화원수의 흐름을 나타낸 평면도.

본 발명에 따른 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템에 대한 기술적 구성과 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

도2는 본 발명에 따른 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템을 나타낸 사시도이고, 도3은 본 발명에 따른 역세척 부유습지 및 식생형 침전지의 A-A'선 단면사시도이며, 도4는 본 발명에 따른 정화원수의 흐름을 나타낸 평면도이다.

도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템(10)은, 제1펌프(110)로 끌어올린 정화원수를 다수의 격벽(300a)과 여과부재(130)로 이루어진 수로를 통과하도록 하여 정수를 수행하고, 주기적으로 상기 여과부재(130)를 역세척하는 역세척 부유습지(100)를 포함한다.

또한, 식물들을 배양할 수 있는 식생매트(211)를 바닥면에 구비하는 상층부(210)와 호퍼(hopper)형태의 하층부(250)로 구성되며, 상기 역세척 부유습지(100)로부터 정수된 배출수가 유입되면, 또 한번의 자연정화를 위해 유입된 배출수를 상기 상층부(210)로 흐르도록 하고, 상기 역세척 부유습지(100)로부터 역세척된 배출수가 유입되면, 유입된 배출수를 이물질들의 침전을 위해 상기 하층부(250)로 흐르도록 하는 식생형 침전지(200)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 여과부재(130)는 정화원수가 상기 여과부재(130) 통과하여 정수되도록 하며, 다른 여과부재(130)로의 이동을 위하여 상기 여과부재(130)를 관통한 다수개의 투수구(131)를 구비한다.

상기 역세척 부유습지(100)의 하부에는 여과부재(130) 및 역세척 장치를 수면에 부유시킬 수 있는 부력제가 구비된다.

그리고, 상기 역세척 부유습지(100)는 정화원수를 정수처리 여과부재(130)에 걸러진 이물질들을 주기적으로 제거하기 위하여 각각의 여과부재(130)의 하부에는 다수의 분출공(141)을 구비하는 역세척 파이프(140)와, 상기 역세척 파이프(140)와 연결되어 상기 여과부재(130)의 여재(濾材)간에 틈을 형성하도록 상기 분출공(141)을 통해 소정의 공기압을 분사하는 에어펌프(150)와, 상기 역세척 파이프(140)와 연결되어 상기 여과부재(130)의 여재(濾材)간의 틈에 상기 분출공(141)을 통해 소정의 수압을 분사하는 워터펌프(160)를 더 포함하여 구성된다.

상기 여과부재(130)의 세척과정은 다음과 같다.

상기 여과부재가 여과한계점에 도달시 또는 주기적인 정화시간 후, 제1펌프(110)로부터의 정화원수의 공급을 중단한다. 그리고 상기 에어펌프(150)를 작동하여 소정의 압력을 가지는 공기압을 상기 분출공(141)을 통하여 상기 여과부재(130) 내부로 분출한다. 이때, 분출된 공기로 인하여 상기 여과부재(130) 내부의 여재(濾材)간에 공간(틈)이 형성된다. 일정시간 후, 본 발명은 에어펌프(150)와 함께 워터펌프(160)를 구동한다. 상기 워터펌프(160)는 소정의 압력을 가진 물을 상기 분출공(141)을 통하여 공기와 함께 상기 공기압으로 생긴 상기 여재(濾材)간 공간(틈)으로 분사하여 이물질을 제거하게 된다. 일정 시간 세척 후, 제어모듈(미도시)은 상기 에어펌프(150)를 중단하고 워터펌프(160)를 구동하여 물의 양을 늘리려 물의 흐름을 따라 상기 이물질들이 흘러가도록 한다. 이때, 상기 제2펌프(170)는 상기 워터펌프(160)와 같이 구동하여 마지막 격벽(300a)에서 역세척된 배출수의 오버플로우(overflow)를 방지하며, 상기 역세척된 배출수를 상기 하층부(250)로 배출한다. 상기 제어모듈(미도시)은 상기 역세척된 배출수가 상기 하층부(250)로 배출완료되면, 상기 워터펌프(160)의 구동을 중단하고, 상기 제1펌프(110)를 구동하여 정화원수의 정수작업이 시작되도록 한다. 이때, 상기 제2펌프(170)는 솔레노이드 변환 밸브(solenoid operated vale)(500)를 조절하여 상기 정화된 배출수를 상기 식생형 침전지(200의) 상층부(210)로 배출한다.

상기 상층부(210)는 식물의 식생이 가능한 식생매트(211)를 바닥면에 구비한다. 상기 식생매트(211)는 부들류, 창포류, 물억새, 줄, 미나리, 달뿌리풀, 갈대, 물옥잠, 부레옥잠, 택사 중 적어도 하나 또는 2 종류 이상을 함께 배양함으로써 상기 역세척 부유습지(100)로부터 배출되는 정화된 배출수가 식물을 통하여 다시 한 번 자연정화 되도록 한다.

상기 역세척 부유습지(100)의 배출수가 상기 상층부(210)로 배출시 상기 배출수는 상기 상층부(210)에서 서식하는 식물 및 생물들에게 영양물질을 공급한다.

그리고, 상기 하층부(250)는 상기 여과부재(130) 세척 후 이물질이 포함된 배출수를 받아들여 상기 이물질들이 유속에 의하여 흘러가면 다수개의 격벽(300b)과 부딪치게 되어 상기 이물질들은 신속히 하부로 침전된다. 상기 하층부(250)의 하부에는 퇴적된 이물질을 외부로 배출할 수 있도록 이물질 퇴출구(251)가 형성되어 있으며, 상기 이물질 퇴출구(251)와 파이프로 연결된 제3펌프(253)가 상기 퇴적된 이물질을 외부로 배출시킨다. 한편, 상기 하층부(250)의 격벽(300b)을 통과한 배출수는 도3에 도시된 바와 같이, 상기 상층부(210) 바닥면 형성된 배수구(255)를 통하여 배출된다.

또한, 본 발명은 상기 상층부(210)를 수면에 부유시키기 위하여 탈·부착이 가능한 부력제(400b)가 구비되도록 한다. 상기 역세척 부유습지 및 식생형 침전지(200) 측면으로 다른 부유습지가 결속될 경우 상기 부력제(400b)를 탈착하여 부유습지 간에 밀착 되도록 한다.

상기 역세척 부유습지(100) 및 식생형 침전지(200)는 정화원수와 맞닿는 외부면에, 산란 인공초를 심기 위한 그물망(600)으로 덮여 있고, 상기 외부면 모서리 일측에 수면에서의 위치 고정을 위한 고리를 구비한다.

이때, 상기 그물망(600)에는 인공초 뿐만 아니라 물을 정화하는 부들류, 창포류, 물억새, 줄, 부레옥잠, 미나리, 달부리풀, 갈대, 물옥잠, 텍사, 갯버들, 수련, 물배추, 어리연꽃, 물양귀비, 워터코인, 파피루스, 자라풀, 등 이중 적어도 두 종류 이상의 식물을 심어 수질 정화를 돕는다.

그리고, 상기 역세척 부유습지(100) 및 식생형 침전지(200)에 설치된 펌프들(예:에어펌프, 워터펌프, 제1펌프)은 각각 솔레노이드 변환 밸브(solenoid operated vale)(500)가 설치되어 수동 또는 자동으로 물의 흐름을 제어할 수 있으며, 상기 역세척 부유습지(100)에는 제어모듈(미도시)이 구비되어 상기 펌프 및 솔레노이드 변환 밸브(500) 및 펌프를 제어할 수 있으며, 통신모듈(미도시)을 구비하여 원거리에서 제어가 가능하다.

마지막으로, 상기 제1 및 제2 부유습지(100, 200)는 합성수지, 금속, 목재 중 하나 또는 두 가지 이상 혼합하여 이루어질 수 있으며, 그 중에서 물에 대한 적응력, 내구력, 가격, 제작방법 등을 고려하였을 때, 합성수지로 제작하는 것이 제일 바람직하다. 실시예로는 FRP(Fiber Reinforced Plastics)를 많이 선택하여 제작한다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 당해 기술 분야에서 통산의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시 예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변경 및 개량 형태 또는 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10 : 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템
100 : 역세척 부유습지 110 : 제1펌프
130 : 여과부재 131 : 투수구
140 : 역세척 파이프 141 : 분출공
150 : 에어펌프 160 : 워터펌프
170 : 제2펌프
200 : 식생형 침전지 210 : 상층부
211 : 식생매트 250 : 하층부
251 : 퇴출구 253 : 제3펌프
255 : 배수구 300a, 300b : 격벽
500 : 솔레노이드 변환 밸브 400a, 400b : 부력제
600 : 그물망

Claims (6)

1. 제1펌프로 끌어올린 정화원수를 다수의 격벽과 여과부재로 이루어진 수로를 통과하도록 하여 정수를 수행하고, 주기적으로 상기 여과부재를 역세척하는 역세척 부유습지와;
   식물들을 배양할 수 있는 식생매트를 바닥면에 구비하는 상층부와 호퍼(hopper)형태의 하층부로 구성되며, 상기 역세척 부유습지로부터 정수된 배출수가 유입되면, 또 한번의 자연정화를 위해 유입된 배출수를 상기 상층부로 흐르도록 하고, 상기 역세척 부유습지로부터 역세척된 배출수가 유입되면, 유입된 배출수를 이물질들의 침전을 위해 상기 하층부로 흐로도록 하는 식생형 침전지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 역세척 부유습지는
   각각의 여과부재의 하부에 위치하며, 다수의 분출공을 구비하는 역세척 파이프와;
   상기 역세척 파이프와 연결되어 상기 여과부재의 여재(濾材)간에 틈을 형성하도록 상기 분출공을 통해 소정의 공기압을 분사하는 에어펌프와;
   상기 역세척 파이프와 연결되어 상기 여과부재의 여재(濾材)간의 틈에 상기 분출공을 통해 소정의 수압을 분사하는 워터펌프를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 역세척 부유습지는
   상기 여과부재를 통과하여 정화된 배출수를 상기 식생형 침전지의 상층부로 이동시키고, 상기 역세척 후 유입된 배출수는 상기 식생형 침전지의 하층부로 이동시키는 제2펌프를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 식생매트는
   부들류, 창포류, 물억새, 줄, 미나리, 달뿌리풀, 갈대, 물옥잠, 부레옥잠, 택사 중 적어도 하나 또는 2 종류 이상을 함께 배양하는 것을 특징으로 하는 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템.
5. 제 1항에 있어서, 상기 식생형 침전지의 하층부는
   상기 여과부재 세척 후 이물질이 포함된 정화원수를 받아들여 상기 이물질을 상기 하층부 하부로 침전시키는 다수개의 격벽과;
   상기 하층부의 하부에 형성된 이물질 퇴출구와 파이프로 연결되어 상기 이물질을 외부로 배출하는 제3펌프를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템.
6. 제 1항에 있어서, 상기 역세척 부유습지 및 식생형 침전지는
   정화원수와 맞닿는 외부면에, 산란 인공초를 심기 위한 그물망이 덮여 있고, 상기 외부면 모서리 일측에 수면에서의 위치 고정을 위한 고리를 구비한 것을 특징으로 하는 역세척 부유습지 및 식생형 침전 시스템.

Images