KR20150109801A

KR20150109801A - 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법

Info

Publication number: KR20150109801A
Application number: KR1020140033148A
Authority: KR
Inventors: 박재로; 김원재; 정진홍; 윤영한; 임현만
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2015-10-02
Also published as: KR101758847B1

Abstract

본 발명은 오염된 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체에 대한 융복합적인 정화와 여과 기술을 채용하여 직접적 수질 개선 및 수질오염의 예방을 통해 보다 효율적인 수질관리를 실행할 수 있도록 하는 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수용 공간을 갖는 부도 지지체; 상기 부도 지지체에 구비되는 여과 유닛; 상기 부도 지지체에 구비되고, 수중 수체를 펌핑하여 상기 여과 유닛 측으로 살수하는 살수 유닛; 상기 부도 지지체의 하부에 구비되어 버블을 발생시키는 버블발생 공급유닛; 및 상기 살수 유닛과 버블발생 공급유닛의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 융복합 부유형 수질정화 시스템을 제공한다.

Description

융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법{CONVERGENCE FLOATING TYPE WATER PURIFICATION SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오염된 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체에 대한 융복합적인 정화와 여과 기술을 채용하여 직접적 수질 개선 및 수질오염의 예방을 통해 보다 효율적인 수질관리를 실행할 수 있도록 하는 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법에 관한 것이다.

기존의 하천 및 호수 수질개선을 위한 부도(예를 들어, 인공식물섬)와 관련된 기술은 부도 상부에 수생식물을 식재하거나 부도 하부에 침수식물을 식재하는 등 식생 정화에 의하여 수질을 개선하는 기술이 대부분이다.

이러한 수생식물을 이용한 수질정화는 식물의 자연정화능력을 활용하여 질소 및 인 등 영양염류를 식물이 흡수하고, 식물 뿌리부의 미생물에 의한 유기물 분해작용에 의해 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체의 수질을 개선하고 수생생물의 서식처를 제공하며, 경관 창출 등의 효과를 나타내게 된다.

그러나 이러한 식물을 이용한 수질개선 방법은 수질개선 효과가 수 %에 그치는 등 매우 제한적이고, 계절적인 영향에 의하여 수질정화 효과가 크게 변동하는 한계가 있는 문제점이 있다.

특히, 동절기에는 식물에 의한 수질정화 효과를 기대할 수 없을 뿐만 아니라 오히려 고사한 수생식물로부터 영양물질이 용출되는 등의 단점이 있다. 또한, 위와 같은 문제점들로 인해 넓은 범위에 걸쳐 진행되는 수체의 오염을 정화하는 데 한계가 있다.

종래 기술로서, 대한민국 등록특허공보 제10-0924538호(2009.10.26.)에는 "다기능 조경 및 생태정화 식물섬"이 제안되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제10-2003-0017074호(2003.03.03)에는 "수질정화용 인공식물섬"이 제안되어 있다.

(문헌1) 대한민국 등록특허공보 제10-0924538호(2009.10.26.) (문헌2) 대한민국 공개특허공보 제10-2003-0017074호(2003.03.03)

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 오염된 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체에 대한 융복합적인 정화와 여과 기술을 채용하여 직접적 수질 개선 및 수질오염의 예방을 통해 보다 효율적인 수질관리를 실행할 수 있도록 하는 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 오염된 수체의 수질관리를 위하여, 오염수 중에 포함되어 있는 오염물질을 여과시키면서 제거하는 카트리지 방식의 여과설비와, 마이크로미터 단위의 입경을 갖는 마이크로버블을 발생시키는 마이크로버블 공급설비와, 오염수를 카트리지 방식의 여과설비의 상부에 살수하는 오염수 순환 및 공급을 위한 살수 설비로 구성되어 수체의 수질 또는 경관을 개선할 수 있도록 하여, 오염된 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체에 대한 직접적 수질개선 및 수질오염의 예방을 통하여 보다 효율적인 수질관리가 이루어지도록 할 수 있는 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

구체적으로, 본 발명은 오염원에 대한 수질감시를 통해 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체의 수질이 악화된 경우 혹은 조류발생 등 하천과 호소의 수질 및 생태환경의 악화가 우려되어 사전 예방이 필요한 경우에, 식생에 의한 오염물질의 흡수 및 경관개선 작용, 카트리지 방식 여재에 의한 오염물질의 여과, 흡착 및 분해작용, 마이크로버블에 의한 용존산소 공급, 부상분리 및 산화작용, 인공수초에 부착된 상태로 생장하는 미생물에 의한 산화분해작용, 광산화흡착재에 의한 오염물질의 광산화 및 흡착 작용 등을 융복합하여 수체의 오염물질을 효과적으로 제거하도록 하는 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 수용 공간을 갖는 부도 지지체; 상기 부도 지지체에 구비되는 여과 유닛; 상기 부도 지지체에 구비되고, 수중 수체를 펌핑하여 상기 여과 유닛 측으로 살수하는 살수 유닛; 상기 부도 지지체의 하부에 구비되어 버블을 발생시키는 버블발생 공급유닛; 및 상기 살수 유닛과 버블발생 공급유닛의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 융복합 부유형 수질정화 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 부도 지지체는 비중이 물보다 작은 부유성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 부도 지지체에 부력을 제공하도록 구비되는 부력 부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 여과 유닛은 유통공을 갖는 카트리지 수용체; 및 상기 카트리지 수용체에 충전되는 여과 부재를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 여과 부재는 발포성 유리 여재, 폴리에틸렌(PE) 여재, 제올라이트 여재, 화산석 여재 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 살수 유닛은 수중 수체를 펌핑하는 펌핑 수단; 상기 펌핑 수단에 의해 펌핑된 수체를 제공받는 공급 라인; 및 상기 공급 라인에 설치되는 살수 노즐을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 공급 라인은 상기 펌핑 수단과 연결되는 수직 공급 라인과, 상기 수직 공급 라인에 자유회전가능하게 연결되는 수평 공급 라인을 포함하고, 상기 살수 노즐은 상기 수평 공급 라인의 중앙을 중심으로 양측에 설치되고, 상기 살수 노즐의 분사 방향은 서로 반대 방향을 향하도록 하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 공급 라인을 회전 구동시키는 구동 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 살수 유닛은 상기 공급 라인에 설치되어 공급되는 살수량을 제어하는 살수량 제어 밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 버블발생 공급유닛은 수중 수체를 공급하기 위한 가압펌프; 공기를 공급하는 콤프레서; 상기 가압펌프로부터 수중 수체를 제공받으며, 상기 콤프레서로부터 압송되는 공기를 제공받아 마이크로버블 발생수를 생산하는 마이크로버블 발생기; 및 상기 마이크로버블 발생수를 제공받아 마이크로버블 공급구를 통해 방출하여 마이크로 버블을 발생시키는 마이크로버블 산기 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 버블발생 공급유닛은 상기 마이크로 발생기로부터 마이크로버블 산기 수단으로 공급되는 마이크로버블 발생수의 양을 제어하기 위한 제어밸브; 및 상기 가압펌프로 응집제를 공급하는 응집제 공급기를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 버블발생 공급유닛의 마이크로버블 산기 수단을 수심에 따라 수직방향으로 이동시키는 산기수단 상하구동 유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 융복합 부유형 수질정화 시스템은 상기 부도 지지체 상부에 구비되는 수상 식재식물 유닛과; 상기 부도 지지체 수중 하면에 구비되는 수초 유닛과; 상기 부도 지지체 일측에 구비되어 광산화 및 흡착 작용하는 광산화 흡착 유닛; 및 상기 부도 지지체가 부유되는 수체의 수질을 감시하는 수질 감시 유닛 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 식생 유닛은 상기 여과 유닛 상부 또는 여과 유닛 사이에 구비되는 식생기반재; 및 상기 식생기반재에 식재되는 수생 식물을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 광산화 흡착 유닛은 상기 부도 지지체의 가장자리부에서 외측으로 연장하는 연장 수용부에 구비되는 광산화 흡착재로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 광산화 흡착재는 이산화티타늄, 니트로라이트, 제올라이트 중 적어도 하나의 혼합물이 표면에 코팅된 발포성 스티로폼으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 광산화 흡착재는 유기물을 제거하기 위한 유기물제거 재료, 무기물을 제거하기 위한 무기물제거 재료, 및 유기물제거 재료와 무기물제거 재료를 부착시키기 위한 부착재료를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 액상화한 혼합액에 발포성 고분자를 담지시키고, 상기 혼합물이 도포된 발포성 고분자를 증류수에 침지시키며, 상기 증류수에서 꺼낸 혼합물 도포 발포성 고분자를 세척하여 제조된 광산화 흡착재로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 광산화 흡착재는 유기계 지지체; 및 상기 유기계 지지체에 부착되는 광촉매를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 광산화 흡착재는 상기 유기계 지지체로서 부타디엔고무(BR), 스타이렌부타디엔고무(SBR), 니트릴고무(NBR) 중에서 선택되는 하나를 테트라히드로푸란 용액에 담지시켜 팽윤 및 개질처리하고, 개질처리한 상기 유기계 지지체를 광촉매 분말에 투하하여 광촉매를 부착시킨 후 건조시켜 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 광산화 흡착재는 테트라히드로푸란 용액과 광촉매 분말을 혼합하여 슬러리로 만든 다음, 상기 유기계 지지체로서 부타디엔고무(BR), 스타이렌부타디엔고무(SBR), 니트릴고무(NBR) 중에서 선택되는 하나를 담지시켜 광촉매를 부착시킨 후 건조시켜 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 광산화 흡착재는 상기 유기계 지지체에 불완전하게 부착되어있는 광촉매를 탈리시키기 위하여 초음파 세척을 실시하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 광산화 흡착재는 발포체에 광촉매 물질인 산화티타늄(TiO₂)을 글리세린으로 부착시켜 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 수질 감시 유닛은 수중에 설치되는 온라인 센서 등을 통해 수온, 수소이온농도(pH), 용존산소(DO), 탁도, 유기물질(BOD, COD, TOC), 영양염류(총인, 총질소) 또는 클로로필 a의 농도 중 적어도 하나 이상의 항목을 포함하는 수환경 영향인자를 측정하도록 구성되는 다항목 수질측정부; 상기 수질측정장치에서 측정된 데이터를 제공받아 분석하는 수질 분석부; 및 상기 수질 분석부에 의해 분석된 수질자료를 바탕으로 상기 살수 유닛과 버블공급 산기유닛의 동작을 제어하는 상기 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 수용 공간을 갖는 부도 지지체; 상기 부도 지지체에 구비되는 여과 유닛; 상기 부도 지지체에 구비되고, 수중 수체를 펌핑하여 상기 여과 유닛 측으로 살수하는 살수 유닛; 상기 부도 지지체의 하부에 구비되어 버블을 발생시키는 버블발생 공급유닛; 상기 부도 지지체 상부에 구비되는 수상 식재식물 유닛; 상기 부도 지지체 수중 하면에 구비되는 수초 유닛; 상기 부도 지지체 일측에 구비되어 광산화 및 흡착 작용하는 광산화 흡착 유닛; 및 상기 살수 유닛과 버블발생 공급유닛의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 융복합 부유형 수질정화 시스템을 운전하기 위한 운용 방법으로서, 오염물질 항목 중 어느 항목의 오염물질이 목표수질을 초과하였는지 여부를 판단하는 단계; 입자성 오염물질에 의한 오염인지, 용존성 오염물질에 의한 오염인지 여부를 판단하는 단계; 입자성 오염물질 혹은 용존성 오염물질의 수질개선을 위하여 상기 여과 유닛과 버블발생 공급유닛의 운전조합을 판단하는 단계; 및 운전 조합 판단 단계의 결과에 따라 상기 살수 유닛의 살수량을 제어하는 살수 유닛 가동과 상기 버블발생 공급유닛의 버블 발생량을 제어하는 버블발생 공급유닛 가동을 조합 선택하여 작동시키는 단계를 포함하는 융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용 방법을 제공한다.

본 발명에 또 다른 관점에 따르면, 융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용 방법으로서, 수질 감시지점 및 수질개선 목표를 각각 설정하는 수질 감시지점 설정과 수질개선 목표 설정 단계; 상기 수질 감시지점이 설정된 다음 해당 지점의 수질 감시항목을 설정하며, 상기 수질개선 목표가 설정된 다음 살수 유닛과 버블발생 공급 유닛의 조합 운전 및 운전 사이클을 결정하는 수질 감시항목 설정과 운전 사이클 설정 단계; 상기 수질 감시항목을 설정한 후 수질 감시수심을 설정하는 수질 감시수심 설정 단계; 상기 해당 수심에서 수질을 측정하는 수질 측정 단계; 상기 측정된 수질이 목표수질에 달성되었는지 여부를 판단하는 목표수질 달성여부 판단 단계; 상기 목표수질 판단 이후 상기 결정된 살수 유닛의 살수량과 버블발생 공급유닛의 버블공급량을 결정하는 단계; 및 상기 살수량과 버블공급량 결정 단계에서 결정된 결과에 근거하여 조합 운전과 운전 사이클을 결정하는 단계를 포함하는 융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 관점들에 있어서, 상기 융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용 방법은 응집제의 투입량을 설정하고 결정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명은 카트리지방식 여과유닛, 마이크로버블 산기 유닛, 식생 유닛, 광산화흡착 유닛 및 인공수초 유닛 등의 단독 혹은 각 공정을 조합한 연계처리가 가능하여 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체의 수질상태 및 오염부하에 따라 능동적인 대처가 가능하고, 기존의 식생 부도가 갖는 낮은 처리효율, 기온이 낮은 동절기에 수질개선 효과가 낮아지는 문제점 등을 복합적으로 해결할 수 있도록 한 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 카트리지방식의 여과 유닛에서 설치 및 유지관리의 용이성을 확보하기 위하여 대략 1㎥ 안팎의 부피를 갖는 카트리지 형태의 모듈 타입으로 구성하여 교체와 청소 및 재설치가 용이하여 여과유닛의 유지관리를 용이하도록 한 효과가 있다.

셋째, 본 발명은 수질감시를 통해 수중의 오염물질 농도를 감시함으로써 처리대상 오염물질별 오염농도를 계산하고, 계산된 오염물질별 오염농도에 따라 카트리지 여과 유닛, 버블발생 공급유닛, 식생 유닛, 광산화 흡착 유닛, 수초 유닛의 단독 혹은 연계처리 등 단위 유닛의 조합운전조건, 오염수의 순환수량 및 마이크로버블 발생량을 결정하여 운전함으로써 신속한 하천수질 개선 및 수질오염의 예방이 가능한 효과가 있다.

넷째, 본 발명은 현장에 자동화된 온라인의 수질감시설비를 함께 구축하여 수심별 오염현황을 감시하고, 이 결과를 분석 판단하여 실시간 대응이 가능하며, 특히, 수온, 수소이온농도(pH), 탁도, 유기물질(BOD, COD, TOC) 및 영양염류(총인, 총질소) 등의 일반 수질조건의 변화폭이 크지 않고 용존산소(DO), 조류에 의한 클로로필 a 농도의 변동이 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체에 주요 수질인자가 되는 경우에 용존산소(DO) 및 클로로필 a의 농도 등을 측정하여 이들을 개선하는 데 필요한 오염수 순환수량 및 마이크로버블 발생량을 실시간으로 제어함으로써 더욱 간편하고 신속하게 오염된 수질을 개선할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템의 기본 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템을 구성하는 부도 지지체를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템을 구성하는 여과 유닛에 포함되는 여과 부재의 예시들을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템을 구성하는 살수 유닛의 실시 형태를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템을 구성하는 버블발생 공급유닛을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 6은 버블발생 공급유닛을 구성하는 마이크로버블 공급부재를 도시한 평면도이다.
도 7은 시제작한 버블발생 공급유닛이 운전되고 있는 사진이다.
도 8은 마이크로버블 산기 수단에서 발생하는 마이크로버블의 발생 전후 사진으로, 마이크로버블 발생시에는 마이크로버블의 입경이 매우 미소하여 빛을 산란함으로써 뿌연 우윳빛으로 보이는 것을 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 다른 실시 형태의 융복합 부유형 수질정화 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 10은 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용방법을 도시한 플로차트이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템을 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템의 기본 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 같이, 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템은, 크게 수용 공간을 갖는 부도 지지체(100); 상기 부도 지지체(100)의 내부 수용공간에 구비되는 여과 유닛(200); 상기 부도 지지체(100) 상에 구비되어 수중 수체(예를 들어, 오염수)를 펌핑하여 여과 유닛(200) 측으로 수체를 살수하는 살수 유닛(300); 상기 부도 지지체(200)의 하부에 구비되어 버블을 발생시키는 버블발생 공급유닛(400); 및 상기 살수 유닛(300)과 버블발생 공급유닛(400)의 동작을 제어하기 위한 제어부(미도시)를 포함한다.

본 발명의 융복합 부유형 수질정화 시스템을 구성하는 각 구성요소에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템을 구성하는 부도 지지체를 도시한 평면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 부도 지지체(100)는 적어도 하면에 통수구(101)가 형성되는 박스 형태로 이루어진다. 또한, 상기 부도 지지체(100)는 그 재질이 물에 뜰 수 있는 부유성 재질이라면 어떠한 재질의 것으로 이루어질 수 있는 것으로, 예를 들어 비중이 물보다 작은 발포성 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.

도면에서 부도 지지체(100)는 도 2에서 평면으로부터 바라볼 때 사각 단면 형태인 것을 예시로 도시하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 내부에 수용 공간을 가지며 타원형, 원형, 다각형 등 다양한 형태의 것을 채용할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 부도 지지체(100)가 수체 표면에 안정적으로 부유될 수 있도록 부도 지지체(100)에 구비되는 부력 부재(110)를 더 포함한다. 상기 부력 부재(110) 또한 그 재질이 물에 뜰 수 있는 부유성 재질이라면 어떠한 재질의 것으로 이루어질 수 있는 것으로, 예를 들어 비중이 물보다 작은 발포성 플라스틱 재질이나, 스티로폼과 같은 발포체로 이루어질 수 있다.

상기 여과 유닛(200)은 교체가 용이한 카트리지 방식 여과 유닛으로 이루어지는 것으로, 공기유통 가능한 카트리지 수용체(210); 및 상기 카트리지 수용체(210)에 충전되는 여과 부재(220)를 포함한다.

상기 여과 유닛(200)의 카트리지 수용체(210)는 예를 들어 망상 수용체 또는 유통공이 형성된 박스형의 수용체로 이루어질 수 있다.

도 3은 여과 부재(220)의 예시들을 도시한 것으로서, 상기 여과 유닛(200)의 여과 부재(220)는 발포성 유리 여재, 폴리에틸렌(PE) 여재, 제올라이트 여재, 화산석 여재 등으로 이루어질 수 있으며, 수질 상태에 따라 카트리지 수용체(210)에 선택적으로 충전된다.

다음으로, 상기 살수유닛(300)을 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템을 구성하는 살수 유닛의 실시 형태를 개략적으로 도시한 구성도이다.

상기 살수 유닛(300)은 도 4에 도시된 바와 같이, 수중의 수체를 펌핑하는 펌핑 수단(310); 상기 펌핑 수단(310)에 의해 펌핑된 수체를 공급하는 수직 공급 라인(321)과 수평 공급 라인(322); 및 상기 공급 라인(321, 322)(수평 공급 라인(322))에 설치되는 살수 노즐(330)을 포함한다.

여기에서, 상기 수직 공급 라인(321)과 수평 공급 라인(322)은 그 연결부가 회전가능하게 결합되고, 수평 공급 라인(322)에 설치되는 살수 노즐(330)은 중앙을 중심으로 양측에서 각각 살수 방향으로 서로 반대 방향을 향하도록 설치된다. 이와 같은 경우, 살수 노즐(330)에서 살수 시 양측의 반대 방향으로 살수되는 순환수 토출 압력에 의해 반작용으로 회전하며 살수하게 된다.

또한, 상기 공급 라인(321, 322)을 회전시키는, 바람직하게는 수평 공급 라인(322)을 회전 구동시키는 구동수단(미도시)을 채용할 수도 있다. 상기 구동수단(미도시)은 살수 노즐에 의해 살수되는 살수가 회전하면서 살수되도록 하는 다양한 방식(구동모터와 기어트레인 등)의 것을 채용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 살수 유닛(300)은 공급 라인 상에 설치되고, 제어부의 제어에 의해 살수량을 제어하는 살수량 제어 밸브(340)를 더 포함한다.

계속해서, 상기 버블발생 공급유닛(400)에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템을 구성하는 버블발생 공급유닛을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 6은 버블발생 공급유닛을 구성하는 마이크로버블 공급부재를 도시한 평면도이다.

상기 버블발생 공급유닛(400)은 오염수의 일부를 공급하는 가압펌프(410); 공기를 공급하는 콤프레서(420); 상기 가압펌프(410)로부터 오염수를 제공받으며, 상기 콤프레서(420)로부터 압송되는 공기를 제공받아 수중의 공기 용해도가 포화 상태에 이르는 마이크로버블 발생수를 생산하는 마이크로버블 발생기(430); 및 상기 마이크로버블 발생수를 제공받아 마이크로버블 공급구(441)를 통해 마이크로버블 발생수를 수중으로 방출하여 방출시의 압력차에 의하여 마이크로버블을 발생시키는 마이크로버블 산기 수단(440)을 포함한다.

또한, 상기 버블발생 공급유닛(400)은 응집기능을 제공하여 오염물질의 제거효율을 높이도록 상기 가압펌프(410)로 응집제를 공급하는 응집제 공급기(450)를 더 포함한다.

상기 마이크로버블 산기 수단(440)은 직경 수십 mm(예를 들어, 직경 20mm) 플라스틱 재질의 PE 혹은 PVC관을 격자(바둑판 형태)로 구성하고, 관 상부에 노즐 발생을 위한 구멍(마이크로버블 공급구(441))을 타공하여 공기 포화수가 수중으로 분출되어 마이크로버블이 발생되도록 형성한 것으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 버블발생 공급유닛(400)의 마이크로버블 산기 수단(440)을 수심에 따라 수직으로 이동가능하게 하여 수심별 수질오염 상태에 따라 마이크로버블의 토출 위치를 조절할 수 있도록 한 산기수단 상하구동 유닛(미도시)을 더 포함한다.

예를 들어, 상기 산기수단 상하구동 유닛은 상기 부도 지지체(100)로부터 수중으로 연장하는 가이드 레일; 상기 마이크로버블 산기 수단(440)의 가장자리에 형성되어 상기 가이드 레일을 따라 가이드되는 가이드; 및 상기 마이크로버블 산기 수단(440)을 구동시키는 구동 수단(미도시)을 포함한다.

상기 구동 수단은 다양한 방식으로 구성될 수 있는 것으로, 예를 들어 정역 회전가능한 구동 모터; 상기 구동 모터에 연결되는 풀리; 상기 풀리와 상기 마이크로버블 산기 수단(400)의 가이드를 연결하는 연결 체인을 포함한다. 상기와 같이 구동 수단은 연결체인 구동 방식으로 구성될 수 있으며, 다른 예로 상기 구동 수단은 랙기어 구동 방식으로 이루어질 수 있다.

또한, 버블발생 공급유닛(400)은 마이크로버블 발생기(430)로부터 마이크로버블 산기 수단(440)으로 공급되는 마이크로버블 발생수의 양을 제어하기 위한 제어밸브(460)를 더 포함한다.

도 7은 시제작한 버블발생 공급유닛이 운전되고 있는 사진이고, 도 8은 마이크로버블 산기 수단에서 발생하는 마이크로버블의 발생 전후 사진으로, 마이크로버블 발생시에는 마이크로버블의 입경이 매우 미소하여 빛을 산란함으로써 뿌연 우윳빛으로 보이는 것을 촬영한 사진이다.

상기 제어부는 후술하는 다른 실시 형태의 융복합 부유형 수질정화 시스템을 설명하면서 함께 설명한다.

다음으로, 본 발명에 따른 다른 실시 형태의 융복합 부유형 수질정화 시스템을 설명한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템은 상기 부도 지지체(100) 상부에 구비되는 수상 식재식물 유닛, 부도 지지체 하부 수중에 구비되는 수초 유닛, 부도 지지체(100) 일측에 구비되어 광산화 및 흡착 작용을 실행하는 광산화 흡착 유닛, 및 수질 감시 유닛을 더 포함한다.

구체적으로, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템을 도 9를 참조하여 상세히 설명한다. 앞서 설명한 일 실시 예의 융복합 부유형 수질정화 시스템과 동일 또는 매우 유사한 구성요소에 대해서는 그에 대한 설명을 생략하거나 간략히 한다. 도 9는 본 발명에 따른 다른 실시 형태의 융복합 부유형 수질정화 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.

본 발명에 따른 다른 실시 형태의 융복합 부유형 수질정화 시스템은, 도 9에 도시된 바와 같이, 부도 지지체(100) 상부에 구비되는 식생 유닛(500); 상기 부도 지지체(100) 하부 수중에 구비되는 수초 유닛(600); 상기 부도 지지체(100) 일측에 구비되어 광산화 및 흡착 작용을 행하는 광산화 흡착 유닛(700); 및 수질 감시 유닛(미도시) 중 적어도 하나 이상을 더 포함한다.

상기 식생 유닛(500)은 여과 유닛(200) 상부 또는 여과 유닛 사이에 구비되는 식생기반재(510); 및 상기 식생기반재(510)에 식재되는 수생 식물(520)을 포함한다.

상기 식생기반재(510)는 토양, 부직포 등 수생 식물의 뿌리가 활착할 수 있는 기반재라면 어떠한 구성이라도 가능하다. 상기 수생 식물(520)로는 창포, 부들, 골풀 등 수생식물이 식재될 수 있다.

이와 같이 식재된 수생식물은 식물체 자체의 성장 및 식물뿌리부의 미생물 성장을 위하여 수중의 유기물과 영양염류인 질소 및 인 등을 흡수함으로써 오염물질을 자연정화할 수 있도록 하며, 수생식물에서 미처리된 오염물질은 여재 유닛을 통과하며 여과, 흡착, 미생물에 의한 접촉 산화분해 과정을 거쳐 수질을 정화하게 된다.

상기 수초 유닛(600)은 수중생육가능한 수초 또는 인공적으로 제작한 인공 수초 등 어떠한 수초라도 채용될 수 있다.

상기 광산화 흡착 유닛(700)은 상기 부도 지지체(100)의 가장자리부에서 외측으로 연장하는 연장 수용부에 구비되어 광산화 및 흡착 작용을 하는 광산화 흡착재(710)로 이루어지며, 상기 광산화 흡착재는 다음과 같이 구성될 수 있다.

상기 광산화 흡착재(710)는 일 실시 형태로 유기물을 제거하기 위한 유기물제거 재료, 무기물을 제거하기 위한 무기물제거 재료, 및 유기물제거 재료와 무기물제거 재료를 부착시키기 위한 부착재료를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 액상화한 혼합액에 발포성 고분자를 담지시키고, 상기 혼합물이 도포된 발포성 고분자를 증류수에 침지시키며, 상기 침지 단계 이후 혼합물이 도포된 발포성 고분자를 세척하여 제조된 광산화 흡착재로 이루어진다.

상기 광산화 흡착재는 다른 실시 형태로 유기계 지지체; 및 상기 유기계 지지체에 부착되는 광촉매를 포함하여 이루어질 수 있다.

여기에서, 상기 다른 실시 형태의 광산화 흡착재는 한 방법으로 테트라히드로푸란 용액에 담지시켜 팽윤 및 개질처리한 상기 유기계 지지체로서 폴리부타디엔(polybutadiene)을 주원료로 하는 재료인 부타디엔고무(BR), 스타이렌부타디엔고무(SBR), 니트릴고무(NBR) 중에서 선택되는 하나를 광촉매 분말에 투하하여 광촉매를 부착시킨 후 건조하여 구성된다.

또한, 다른 실시 형태의 광산화 흡착재는 다른 방법으로 테트라히드로푸란 용액과 광촉매 분말을 혼합하여 슬러리로 만든 다음, 상기 유기계 지지체를 담지시켜 광촉매를 부착시킨 후 건조하여 구성된다.

여기에서, 상기 다른 실시 형태의 광산화 흡착재를 제조함에 있어 유기계 지지체에 불완전하게 부착되어있는 광촉매를 탈리시키기 위하여 700W로 30분 조건으로 초음파 세척을 실시하는 것을 포함한다.

또한, 상기 광산화 흡착재의 또 다른 실시 형태로 상기한 부력 부재(110)에 광촉매 물질을 부착시켜 구성할 수도 있다. 즉, 상기 부력 부재(110)에 광촉매 물질인 산화티타늄(TiO₂)을 글리세린으로 부착시킨 것으로 이루어질 수 있다.

여기에서, 광촉매(물질)로서는 이산화티타늄, 니트로라이트, 제올라이트 등을 이용할 수 있다.

다음으로, 상기 수질 감시 유닛은 수중에 설치되는 온라인 센서 등을 통해 수온, 수소이온농도(pH), 용존산소(DO), 탁도, 유기물질(BOD, COD, TOC), 영양염류(총인, 총질소) 또는 클로로필 a의 농도 중 적어도 하나 이상의 항목을 포함하는 수환경 영향인자를 측정하도록 구성되는 다항목 수질측정부; 상기 수질측정장치에서 측정된 데이터를 제공받아 분석하는 수질 분석부; 및 상기 수질 분석부에 의해 분석된 수질자료를 바탕으로 수질감시 및 종합적인 관리를 위한 상기 제어부를 포함한다.

상기 제어부에서는 해당 하천, 호수, 저수지 및 해역 등의 오염된 수체에 대하여, 사전에 설정되어 있는 목표 운전 사이클만큼 운전하였을 때를 기점으로 하여 측정된 수질이 목표수질을 만족하는지 여부를 판단하여 수질오염물질 항목별로 목표수질을 만족하지 못하는 경우 단계별로 각 유닛을 조합하여 가동함으로써 목표수질을 달성하도록 한다. 본 발명에서의 운전 사이클은 다음의 (식 1)과 같이 정의되며, 대표적인 목표 운전 사이클로는 단위 유닛의 구성 조합조건 및 목표수질에 따라 1, 3, 5 또는 10 등을 사전에 설정할 수 있다.

운전 사이클 = (융복합 부유형 수질정화 시스템에 의한 처리수량(㎥))

÷(오염된 수체의 처리대상 수량(㎥)) (식 1)

상기 제어부에 의하여 수질 정화를 위한 각 유닛의 가동 단계를 설명하면 다음과 같다.

- 1단계: 오염물질 항목 중 어느 항목의 오염물질이 목표수질을 초과하였는지 여부를 판단한다.

- 2단계: 입자성 오염물질에 의한 오염인지, 용존성 오염물질에 의한 오염인지 여부를 판단한다.

- 3단계: 입자성 오염물질 혹은 용존성 오염물질의 수질개선을 위하여 여과 유닛(200), 버블발생 공급유닛(400), 식생 유닛(500), 수초 유닛(600), 광산화 흡착유닛(700)별 최적 운전조합을 판단한다.

- 4단계: 최적 운전조합 조건에서 수질의 개선 여부에 따라 살수량을 증가시켜 가동한다.

- 5단계: 최적 살수조건에서 마이크로버블 발생량을 증가하여 수질을 개선한다.

상기와 관련한 수질정화 각 유닛의 운전 조합으로는 다음과 같다.

- 조합1: 식생 유닛이나 여과 유닛에만 선택적으로 살수하여 단독으로만 가동.

- 조합2: 식생 유닛, 여과 유닛 및 광산화 흡착 유닛에 살수 유닛을 통하여 살수하여 병행 가동.

- 조합3: 식생 유닛, 여과 유닛 및 마이크로버블 발생을 종합적으로 가동.

- 조합4: 식생 유닛, 여과 유닛, 광산화 흡착 유닛 및 마이크로버블 발생을 종합적으로 가동.

상기와 같이 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템은 해당 하천, 호수, 저수지 및 해역 등의 오염된 수체에 대하여, 사전에 설정되어 있는 목표 운전 사이클만큼 운전하였을 때를 기점으로 하여 측정된 수질이 목표수질을 만족하는지 여부를 판단하여 수질오염물질 항목별로 목표수질을 만족하지 못하는 경우 단계별로 각 유닛을 조합하여 가동함으로써 목표수질을 달성하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템의 동작에 대하여 설명한다. 아래 동작 설명에서는 기본 구성인 도 1을 포함하는 도 9의 시스템의 각 유닛에서의 동작을 설명한다.

부유 지지체(100)는 그 자체 및/또는 보조적으로 부력 부재(110)에 의해 해당 수체의 수상에 부유되어 있는 상태로 위치하게 된다.

상기 부유 지지체(100)에 구비되는 여과 유닛(200)은 버블발생 공급유닛(400)을 통해 발생된 마이크로버블에 의해 부상된 입자성 오염물질의 제거를 위한 것으로, 마이크로버블에 의하여 부상된 입자성 오염물질은 살수 유닛(300)에 의해 살수되는 순환수에 포함되어 상기 여과 유닛(100) 상부로 살수되면 수중에 포함된 입자성 오염물질은 여과 유닛(300)의 여재층(여과부재)(220)을 통과하면서 여과, 흡착, 포획되고, 미생물의 산화분해 작용 등의 자연정화작용에 의해 입자성물질 중의 유기물 및 질소, 인 등 영양염류는 여재 내 부착미생물에 의해 흡수, 분해되어 제거된다.

상기 여과 유닛(200)에 충전되는 여재(220)는 비중이 0.5 ~ 1.0, 입경은 1cm 내외인 발포성 유리여재, PE 여재, 제올라이트 및 화산석 등의 여재가 수질상태에 따라 선택적으로 충전된다. 아래 표1은 여재별 수질정화 효율을 정량화하기 위한 Lab-test 실험결과이다.

상기 표와 같이 탁도 물질인 SS(부유물질)가 높은 경우, 유기물질인 COD(화학적산소요구량)가 높은 경우 또는 영양염류인 질소 및 인이 높은 경우 등 하천, 호수, 저수지 및 해역의 수질 상태에 따라 적정한 여재가 선택적으로 충전된다. 또한 여재의 충전 및 교체가 용이하도록 카트리지 형태를 갖는 모듈 타입으로 구성됨으로써, 교체가 용이하여 유지 관리 면에서 뛰어나며 대상 수체에 따라 여재의 선택을 자유롭게 설정할 수 있다.

다음으로, 상기 살수 유닛(300)은 부유 부재(100)의 하부 수중에 설치된 펌핑 수단(310)에 의하여 유입된 순환수를 식생 유닛(500), 여과 유닛(200), 광산화 흡착 유닛(700)에 살수하고, 이때 살수량 제어밸브(340)를 통해 수중의 오염상태에 따라 살수량을 조절할 수 있다.

상기 살수 유닛(300)은 공급 라인(수평 공급 라인(322)) 중앙을 중심으로 양측에 살수 노즐(320)을 반대방향으로 구성하며, 살수 시 양측의 반대 방향으로 살수되는 순환수 토출 압력에 의한 반작용으로 회전하며 살수하도록 구성한다.

계속해서, 버블발생 공급유닛(400)은 오염수의 일부를 가압펌프(410)로 공급하고 콤프레서(420)에서 공급된 공기를 마이크로버블 발생기(430)로 압송하여 수중의 공기용해도가 포화 상태에 이른 마이크로버블 발생수를 생산하게 된다.

이 과정에서 응집제 공급기(450)를 통하여 천연 또는 인공의 응집제를 공급하여 응집기능을 추가함으로써 오염물질의 제거효율을 높이게 된다.

또한, 마이크로버블 산기 수단(440)은 마이크로버블 발생기(430)에서 공급받은 마이크로버블 발생수를 마이크로버블 공급구(441)를 통해 수중으로 방출하고, 방출시의 압력차에 의하여 마이크로버블을 발생시키게 된다. 수중에 방출된 마이크로버블은 용존산소농도를 높여 어류 및 미소생물의 생육·생태환경을 개선하고, 입자성 오염물질을 마이크로버블에 부착 및 부유시켜 수초 유닛(600) 및 여과 유닛(200)의 내부까지 입자성 오염물질을 이동시키며, 이후 이동된 오염물질은 수초 유닛(600) 및 여과 유닛(200)에 부착 상태로 서식하는 미생물에 의해 생물학적 산화분해 과정을 거쳐 제거되거나, 펌핑 수단(310)에 의해 펌핑된 순환수를 식생 유닛(500) 및 여과 유닛(200)으로 살수하여 여과, 흡착 및 미생물에 의한 산화분해 작용으로 제거된다. 또한, 마이크로버블은 버블이 깨지면서 발생하는 산화력에 의한 용존성 유기물의 산화분해 작용에 의해서도 수질을 정화하게 된다.

여기에서, 마이크로버블 산기 수단(440)은 구동수단(미도시)에 의하여 수심에 따라 수직으로 이동 가능하여 수심별 수질오염 상태에 따라 마이크로버블의 토출 위치를 조절할 수 있게 된다.

계속해서, 식생 유닛(500)은 식물체 자체의 성장 및 식물 뿌리부의 미생물 성장을 위하여 수중의 유기물과 영양염류인 질소 및 인 등을 흡수함으로써 오염물질을 자연정화할 수 있다. 식생 유닛(500)에서 미처리된 오염물질은 상기한 여과 유닛(200)을 통과하며 여과, 흡착, 미생물에 의한 접촉산화분해 과정을 거쳐 수질을 정화한다.

또한, 광산화흡착 유닛(700)은 자연에너지인 태양광을 활용하여 추가적인 수질정화 효율을 높이기 위한 것으로, 앞서 설명한 바와 같이 예를 들어 공 모양의 발포성 스티로폼 표면에 이산화티타늄(TiO₂), 니트로라이트, 제올라이트 등을 혼합 코팅하여 광화학적 작용에 의하여 TiO₂에 의한 수중의 용존성 유기물의 광산화 분해작용, 니트로라이트에 의한 질소의 흡착 및 제올라이트에 의한 인의 흡착 작용을 통해 수질을 개선한다.

한편, 상기 수질 감시 유닛은 다항목 수질 측정부의 온라인 센서를 활용하여 수온, 수소이온농도(pH), 용존산소(DO), 탁도, 유기물질(BOD, COD, TOC), 영양염류(총인, 총질소) 또는 클로로필 a의 농도에 대하여 선택적으로 수심별 수질을 측정하고, 측정된 데이터를 수질 분석부에서 분석하게 된다. 또한, 상기 제어부에서는 해당 하천, 호수, 저수지 및 해역 등의 오염된 수체에 대하여 사전에 설정되어 있는 목표 운전 사이클만큼 운전하였을 때를 기점으로 하여 측정된 수질이 목표수질을 만족하는지 여부를 판단하여 수질오염물질 항목별로 목표수질을 만족하지 못하는 경우 단계별로 각 유닛을 조합하여 가동함으로써 목표수질을 달성하도록 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용방법에 대하여 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용방법을 도시한 플로차트이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 상기한 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용방법으로서, 수질 감시지점 및 수질개선 목표를 각각 설정하는 수질 감시지점 설정과 수질개선 목표 설정 단계(S110, S210); 상기 수질 감시지점이 설정된 다음 해당 지점에서 수질 감시항목을 설정하며, 상기 수질개선 목표가 설정된 다음 목표 운전 사이클(즉, 살수여과 및 마이크로버블 발생 산기 조합 운전 사이클)을 결정하는 수질 감시항목 설정과 목표 운전 사이클 설정 단계(S120, S220); 상기 수질 감시항목을 설정한 후 수질 감시수심을 설정하는 수질 감시수심 설정 단계(S130); 해당 수심에서 수질을 측정하는 수질 측정 단계(S140); 측정된 수질이 목표수질에 달성되었는지 여부를 판단하는 목표수질 달성여부 판단 단계(S300); 목표수질 판단 이후 부도의 수질정화를 위한 조합조건(즉, 살수 여과 및 마이크로버블 공급의 조합, 순환수량(살수량)과 마이크로버블 공급량 그리고 응집제 투입량 등) 결정 단계(S310); 및 상기 결정 단계에서 결정된 결과에 근거하여 수질정화 부도의 운전방법을 결정하는 운전방법 결정 단계(S320)를 포함한다.

상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법은, 오염된 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체에 대한 융복합적인 정화와 여과 기술을 채용하여 직접적 수질 개선 및 수질오염의 예방을 통해 보다 효율적인 수질관리를 실행할 수 있는 이점이 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템 및 그의 운용방법은, 카트리지방식 여과유닛, 마이크로버블 공급 산기 유닛, 식생 유닛, 광산화흡착 유닛 및 수초 유닛 등의 단독 혹은 각 공정을 조합한 연계처리가 가능하여 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체의 수질상태 및 오염부하에 따라 능동적인 대처가 가능하고, 기존의 식생 부도가 갖는 낮은 처리효율, 기온이 낮은 동절기에 수질개선 효과가 낮아지는 문제점 등을 복합적으로 해결할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 부도 상에 구비되는 여과 유닛을 소정 부피를 갖는 카트리지 형태의 모듈 타입으로 구성하여 교체와 청소 및 재설치가 용이하여 여과유닛의 유지관리가 용이한 이점이 있다.

또한, 본 발명은 수질감시를 통해 수중의 오염물질 농도를 감시함으로써 처리대상 오염물질별 오염농도를 계산하고, 계산된 오염물질별 오염농도에 따라 카트리지 여과 유닛, 마이크로버블 공급 산기 유닛, 식생 유닛, 광산화 흡착 유닛, 수초 유닛의 단독 혹은 연계처리 등 단위 유닛의 조합운전조건, 오염수의 순환수량 및 마이크로버블 발생량을 결정하여 운전함으로써 신속한 하천수질 개선 및 수질오염의 예방이 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명은 현장에 자동화된 온라인의 수질감시설비를 함께 구축하여 수심별 오염현황을 감시하고, 이 결과를 분석 판단하여 실시간 대응이 가능하며, 특히, 수온, 수소이온농도(pH), 탁도, 유기물질(BOD, COD, TOC) 및 영양염류(총인, 총질소) 등의 일반 수질조건의 변화폭이 크지 않고 용존산소(DO), 조류에 의한 클로로필 a 농도의 변동이 하천, 호수, 저수지 및 해역 등 수체에 주요 수질인자가 되는 경우에 용존산소(DO) 및 클로로필 a의 농도 등을 측정하여 이들을 개선하는 데 필요한 오염수 순환수량 및 마이크로버블 발생량을 실시간으로 제어함으로써 더욱 간편하고 신속하게 오염된 수질을 개선할 수 있는 이점이 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 부도 지지체 110: 부력 부재
200: 여과 유닛 210: 카트리지 수용체
220: 여과 부재 300: 살수 유닛
310: 펌핑 수단 321, 322: 공급 라인
330: 살수 노즐 400: 버블발생 공급유닛
410: 가압 펌프 420: 콤프레서
430: 마이크로버블 발생기 440: 마이크버블 산기 수단
450: 응집제 투입기 460: 제어밸브
441: 마이크로버블 공급구 500: 식생 유닛
510: 식생기반재 520: 수생 식물
600: 수초 유닛 700: 광산화 흡착 유닛
710: 광산화 흡착재
S110, S120: 수질 감시지점 설정과 수질개선 목표 설정 단계
S120, S220: 수질 감시항목 설정과 목표 운전 사이클 설정 단계
S130: 수질 감시수심 설정 단계
S140: 수질 측정 단계
S300: 목표수질 달성여부 판단 단계
S310: 수질정화 조합조건 결정 단계
S330: 수질정화 운전방법 결정 단계

Claims

수용 공간을 갖는 부도 지지체;
상기 부도 지지체에 구비되는 여과 유닛;
상기 부도 지지체에 구비되고, 수중 수체를 펌핑하여 상기 여과 유닛 측으로 살수하는 살수 유닛;
상기 부도 지지체의 하부에 구비되어 버블을 발생시키는 버블발생 공급유닛; 및
상기 살수 유닛과 버블발생 공급유닛의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 부도 지지체는 비중이 물보다 작은 부유성 재질로 이루어지는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 부도 지지체에 부력을 제공하도록 구비되는 부력 부재를 더 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 여과 유닛은
유통공을 갖는 카트리지 수용체; 및
상기 카트리지 수용체에 충전되는 여과 부재를 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제4항에 있어서,
상기 여과 부재는
발포성 유리 여재, 폴리에틸렌(PE) 여재, 제올라이트 여재, 화산석 여재 중 적어도 하나로 이루어지는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 살수 유닛은
수중 수체를 펌핑하는 펌핑 수단;
상기 펌핑 수단에 의해 펌핑된 수체를 제공받는 공급 라인; 및
상기 공급 라인에 설치되는 살수 노즐을 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제6항에 있어서,
상기 공급 라인은 상기 펌핑 수단과 연결되는 수직 공급 라인과, 상기 수직 공급 라인에 자유회전가능하게 연결되는 수평 공급 라인을 포함하고,
상기 살수 노즐은 상기 수평 공급 라인의 중앙을 중심으로 양측에 설치되고, 상기 살수 노즐의 분사 방향은 서로 반대 방향을 향하도록 하여 구성되는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제6항에 있어서,
상기 공급 라인을 회전 구동시키는 구동 수단을 더 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제6항에 있어서,
상기 살수 유닛은
상기 공급 라인에 설치되어 공급되는 살수량을 제어하는 살수량 제어 밸브를 더 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 버블발생 공급유닛은
수중 수체를 공급하기 위한 가압펌프;
공기를 공급하는 콤프레서;
상기 가압펌프로부터 수중 수체를 제공받으며, 상기 콤프레서로부터 압송되는 공기를 제공받아 마이크로버블 발생수를 생산하는 마이크로버블 발생기; 및
상기 마이크로버블 발생수를 제공받아 마이크로버블 공급구를 통해 방출하여 마이크로 버블을 발생시키는 마이크로버블 산기 수단을 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제10항에 있어서,
상기 버블발생 공급유닛은
상기 마이크로 발생기로부터 마이크로버블 산기 수단으로 공급되는 마이크로버블 발생수의 양을 제어하기 위한 제어밸브; 및
상기 가압펌프로 응집제를 공급하는 응집제 공급기를 더 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제10항에 있어서,
상기 버블발생 공급유닛의 마이크로버블 산기 수단을 수심에 따라 수직방향으로 이동시키는 산기수단 상하구동 유닛을 더 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 융복합 부유형 수질정화 시스템은
상기 부도 지지체 상부에 구비되는 수상 식재식물 유닛과; 상기 부도 지지체 수중 하면에 구비되는 수초 유닛과; 상기 부도 지지체 일측에 구비되어 광산화 및 흡착 작용하는 광산화 흡착 유닛; 및 상기 부도 지지체가 부유되는 수체의 수질을 감시하는 수질 감시 유닛 중 적어도 하나 이상을 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제13항에 있어서,
상기 식생 유닛은
상기 여과 유닛 상부 또는 여과 유닛 사이에 구비되는 식생기반재; 및
상기 식생기반재에 식재되는 수생 식물을 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제13항에 있어서,
상기 광산화 흡착 유닛은
상기 부도 지지체의 가장자리부에서 외측으로 연장하는 연장 수용부에 구비되는 광산화 흡착재로 이루어지는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제15항에 있어서,
상기 광산화 흡착재는
이산화티타늄, 니트로라이트, 제올라이트 중 적어도 하나의 혼합물이 표면에 코팅된 발포성 스티로폼으로 이루어지는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제15항에 있어서,
상기 광산화 흡착재는
유기물을 제거하기 위한 유기물제거 재료, 무기물을 제거하기 위한 무기물제거 재료, 및 유기물제거 재료와 무기물제거 재료를 부착시키기 위한 부착재료를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 액상화한 혼합액에 발포성 고분자를 담지시키고, 상기 혼합물이 도포된 발포성 고분자를 증류수에 침지시키며, 상기 증류수에서 꺼낸 혼합물 도포 발포성 고분자를 세척하여 제조된 광산화 흡착재로 이루어지는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제15항에 있어서,
상기 광산화 흡착재는
유기계 지지체; 및 상기 유기계 지지체에 부착되는 광촉매를 포함하여 이루어지는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제15항에 있어서,
상기 광산화 흡착재는
상기 유기계 지지체로서 부타디엔고무(BR), 스타이렌부타디엔고무(SBR), 니트릴고무(NBR) 중에서 선택되는 하나를 테트라히드로푸란 용액에 담지시켜 팽윤 및 개질처리하고, 개질처리한 상기 유기계 지지체를 광촉매 분말에 투하하여 광촉매를 부착시킨 후 건조시켜 구성되는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제15항에 있어서,
상기 광산화 흡착재는
테트라히드로푸란 용액과 광촉매 분말을 혼합하여 슬러리로 만든 다음, 상기 유기계 지지체로서 부타디엔고무(BR), 스타이렌부타디엔고무(SBR), 니트릴고무(NBR) 중에서 선택되는 하나를 담지시켜 광촉매를 부착시킨 후 건조시켜 구성되는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 광산화 흡착재는
상기 유기계 지지체에 불완전하게 부착되어있는 광촉매를 탈리시키기 위하여 초음파 세척을 실시하여 이루어지는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제15항에 있어서,
상기 광산화 흡착재는
발포체에 광촉매 물질인 산화티타늄(TiO₂)을 글리세린으로 부착시켜 이루어지는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
제13항에 있어서,
상기 수질 감시 유닛은
수중에 설치되는 온라인 센서 등을 통해 수온, 수소이온농도(pH), 용존산소(DO), 탁도, 유기물질(BOD, COD, TOC), 영양염류(총인, 총질소) 또는 클로로필 a의 농도 중 적어도 하나 이상의 항목을 포함하는 수환경 영향인자를 측정하도록 구성되는 다항목 수질측정부;
상기 수질측정장치에서 측정된 데이터를 제공받아 분석하는 수질 분석부; 및
상기 수질 분석부에 의해 분석된 수질자료를 바탕으로 상기 살수 유닛과 버블공급 산기유닛의 동작을 제어하는 상기 제어부를 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템.
수용 공간을 갖는 부도 지지체; 상기 부도 지지체에 구비되는 여과 유닛; 상기 부도 지지체에 구비되고, 수중 수체를 펌핑하여 상기 여과 유닛 측으로 살수하는 살수 유닛; 상기 부도 지지체의 하부에 구비되어 버블을 발생시키는 버블발생 공급유닛; 상기 부도 지지체 상부에 구비되는 수상 식재식물 유닛; 상기 부도 지지체 수중 하면에 구비되는 수초 유닛; 상기 부도 지지체 일측에 구비되어 광산화 및 흡착 작용하는 광산화 흡착 유닛; 및 상기 살수 유닛과 버블발생 공급유닛의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 융복합 부유형 수질정화 시스템을 운전하기 위한 운용 방법으로서,
오염물질 항목 중 어느 항목의 오염물질이 목표수질을 초과하였는지 여부를 판단하는 단계;
입자성 오염물질에 의한 오염인지, 용존성 오염물질에 의한 오염인지 여부를 판단하는 단계;
입자성 오염물질 혹은 용존성 오염물질의 수질개선을 위하여 상기 여과 유닛과 버블발생 공급유닛의 운전조합을 판단하는 단계; 및
운전 조합 판단 단계의 결과에 따라 상기 살수 유닛의 살수량을 제어하는 살수 유닛 가동과 상기 버블발생 공급유닛의 버블 발생량을 제어하는 버블발생 공급유닛 가동을 조합 선택하여 작동시키는 단계를 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용 방법.
청구항 13항에 따른 융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용 방법으로서,
수질 감시지점 및 수질개선 목표를 각각 설정하는 수질 감시지점 설정과 수질개선 목표 설정 단계;
상기 수질 감시지점이 설정된 다음 해당 지점의 수질 감시항목을 설정하며, 상기 수질개선 목표가 설정된 다음 살수 유닛과 버블발생 공급 유닛의 조합 운전 및 운전 사이클을 결정하는 수질 감시항목 설정과 운전 사이클 설정 단계;
상기 수질 감시항목을 설정한 후 수질 감시수심을 설정하는 수질 감시수심 설정 단계;
상기 해당 수심에서 수질을 측정하는 수질 측정 단계;
상기 측정된 수질이 목표수질에 달성되었는지 여부를 판단하는 목표수질 달성여부 판단 단계;
상기 목표수질 판단 이후 상기 결정된 살수 유닛의 살수량과 버블발생 공급유닛의 버블공급량을 결정하는 단계; 및
상기 살수량과 버블공급량 결정 단계에서 결정된 결과에 근거하여 조합 운전과 운전 사이클을 결정하는 단계를 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용 방법.
제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용 방법은
응집제의 투입량을 설정하고 결정하는 단계를 더 포함하는
융복합 부유형 수질정화 시스템의 운용 방법.