KR20150141306A - 화약물질의 복합처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 경사지의 상측에 위치한 피탄지로부터 발생하는 화약물질을 처리하는 시스템에 관한 것으로서, 피탄지에서 낙석하는 토석을 스크린하도록 경사지에 구비된 방벽 구조물; 상기 방벽 구조물보다 하측의 경사지에 구비되며, 유출수와 토사를 차집하여 침전지로 배출하는 차집부; 상기 차집부보다 하측의 경사지에 구비되고, 상기 차집부를 통해 유입된 유출수와 토사에 침전 작용을 일으키며, 전분환을 이용하여 유출수 내의 화약물질을 1차 정화하는 침전부; 및 화약물질을 정화하는 식물로 이루어지며, 상기 침전지를 통과한 유출수를 유입받아 유출수 내의 화약물질을 2차 정화하는 습지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 화약물질의 복합처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 경사지의 상측에 위치한 피탄지로부터 발생하는 화약물질을 복합처리하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 산지에 형성되는 군사격장의 피탄지 주변은 사격훈련 등으로 지피식물이 사멸된 나대지인 경우가 많다. 이에 따라 피탄지에서 발생한 화약물질은 강수에 따른 유출수 및 토사와 함께 경사지를 따라 흘러내리면서, 피탄지 주변의 토양, 지하수, 퇴적토 및 수계 등을 오염시킨다.
이러한 화약물질로는 TNT(2,4,6-Trinitrotoluene), RDX(Royal Demolition eXplosive, Hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine) 및 HMX(High Melting Explosive, Octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine) 등이 있다. 이들 화약물질은 고도로 산화된 물질로 구조적으로 난분해성 물질일 뿐 아니라, 독성이 강하여 자연계로 방출될 경우 인간 및 생태계에 악영향을 준다. 즉, 이들 화약물질이 인체에 섭취될 경우 발암, 신경장애, 조혈기능장애, 소화기능 저하 등과 같은 악영향을 주고, 토양 및 수중 미생물, 무척추동물 및 식물과 동물을 포함하는 모든 생태계에도 심각한 피해를 줄 수 있다. 이 중에 TNT와 RDX는 미국 환경보호청(EPA)에서 C급 발암물질로 규정하고 있으며, 특히 RDX는 Kow(옥타놀-물 분할계수) 값이 낮아 토양이 오염될 경우 주변 하천으로 쉽게 이동하는 특성을 갖는다.
한편, 일반적인 화학오염물질의 처리방법에는 여과설비, 약품 응집, 침전, 오존 분해, 자외선 소독 등의 물리화학적 처리방법과 활성슬러지가 저류된 생물 반응조 내에서 미생물의 대사과정을 극대화하여 각종 오염물질을 제거하는 생물학적 처리방법이 있다. 또한, 이러한 물리화학적 처리방법 및 생물학적 처리방법을 적용하여 실시하는 공법에는 활성슬러지방법, 접촉안정방법, 살수여상법, 폭기방법, 접촉산화방법 등의 다양한 방법이 있다. 하지만 이들 단일 공법으로는 상기 화약물질을 방류수질이나 재이용수준까지 처리하기는 쉽지 않다. 특히, 상기 화약물질은 자연상태에서 분해자(미생물)에 의하여 환원 또는 산화되기 어려우며, 환원 또는 산화되더라도 그 생물학적 분해속도가 매우 느리다.
따라서, 피탄지에서 발생한 화약물질을 방류수질이나 재이용수준까지 정화처리한 후에 주변의 하천으로 방류시키는 시스템이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같이 종래 기술이 갖는 한계 및 문제점을 해소하고자 도출된 것으로서, 경사지의 상측에 위치한 피탄지로부터 발생하는 화약물질을 복합처리하는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 화약물질의 복합처리 시스템은 경사지의 상측에 위치한 피탄지로부터 발생하는 화약물질을 처리하는 시스템으로서, (1) 피탄지에서 낙석하는 토석을 스크린하도록 경사지에 구비된 방벽 구조물, (2) 상기 방벽 구조물보다 하측의 경사지에 구비되며, 유출수와 토사를 차집하여 침전지로 배출하는 차집부, (3) 상기 차집부보다 하측의 경사지에 구비되고, 상기 차집부를 통해 유입된 유출수와 토사에 침전 작용을 일으키며, 전분을 이용하여 유출수 내의 화약물질을 1차 정화하는 침전부, (4) 화약물질을 정화하는 식물로 이루어지며, 상기 침전지를 통과한 유출수를 유입받아 유출수 내의 화약물질을 2차 정화하는 습지부를 포함한다.
이때, 상기 방벽 구조물은 서로 이격된 2 이상의 게비온 구조물로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 차집부는 상부가 개방되어 경사지의 지면에 요입된 관로로 이루어지는 것이 바람직하다.
특히, 상기 차집부는 차집된 유출수와 토사가 경사지의 경사를 따라 어느 한 지점 이상으로 배출되게 구성되고, 상기 침전부는 상기 차집부가 유출수와 토사를 배출하는 각 지점에 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 침전부는 전분과 생분해성 경화제를 포함하는 전분환이 살포된 것이 바람직하다.
또한, 상기 습지부에는 갈풀이나 물억새가 식재되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 화약물질의 복합처리 시스템은, 방벽 구조물을 구비함으로써, 피탄지로부터 포사격에 의해 유출되는 자갈, 바위 등의 토석을 스크린할 수 있어, 토석에 의한 화약물질의 직접적인 유출을 예방하면서 동시에 차집 및 정화처리시설의 안정성을 확보할 수 있으며, 차집부를 구비함으로써, 강수에 의해 발생한 유출수 및 토사를 침전부로 차집함과 동시에 유출수 및 토사에 의한 화약물질의 직접적인 유출을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 침전부와 습지부를 구비함으로써, 유출수 및 토사에 포함된 화약물질을 효과적으로 정화처리할 수 있으며, 이에 따라 화약물질에 의한 피탄지 인근의 토양, 지하수, 퇴적토 및 수계 등의 오염을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화약물질의 복합처리 시스템의 사시도를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화약물질의 복합처리 시스템의 평면도를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화약물질의 복합처리 시스템의 평면도를 나타낸 도면.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화약물질의 복합처리 시스템의 사시도를 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화약물질의 복합처리 시스템의 평면도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수처리 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 경사지의 상측에 위치한 피탄지로부터 발생하는 화약물질을 처리하는 시스템으로서, 방벽 구조물(10), 차집부(20), 침전부(30) 및 습지부(40)를 포함하여 구성된다.
방벽 구조물(10)은 피탄지에서 낙석하는 토석을 스크린하는 구조물로서, 경사지 상에 구비되며, 서로 이격된 2 이상의 방벽(10a, 10b)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 방벽 구조물(10)은 피탄지로부터 포사격에 의해 경사지를 따라 유출되는 자갈, 바위 등의 토석을 스크린함으로써, 토석에 의한 화약물질의 직접적인 유출을 1차적으로 예방할 뿐만 아니라, 차집부(20), 침전부(30) 및 습지부(40)가 토석에 의해 막히거나 부서지는 피해를 방지할 수 있어, 차집 및 정화처리시설의 안정성을 확보하게 한다.
특히, 방벽 구조물(10)은 시공기간 및 접근에 제약이 있는 경사지에 구비되는 구조물이므로, 시공이 간편하고, 시공 기간이 짧되, 피탄지로부터 유출되는 많은 양의 토석을 충분히 지지할 수 있는 구조물이야 하며, 이에 따라 방벽 구조물(10)은 철망 내에 소정 크기의 석재가 충진된 게비온 구조물로 이루어지는 것이 가장 적합하다.
차집부(20)는 방벽 구조물(10)보다 하측의 경사지에 구비되는 수로로서, 강우에 의한 유출수와 토사를 차집하여 침전부(30)로 배출한다. 즉, 차집부(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부가 개방되어 경사지의 지면에 요입된 U자 형상의 수로로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 차집부(20)는 강수에 의해 발생하여 경사지를 따라 흘러내리는 유출수 및 토사를 차집하여 침전부(30)로 배출함으로써, 유출수 및 토사에 의한 화약물질의 직접적인 유출을 2차적으로 예방한다. 차집부(20)는 경사지의 경사도에 따른 중력에 의해 유출수와 토사가 어느 한 지점이나 다수의 지점으로 배출되도록 설계되며, 유출수와 토사가 배출되는 각 지점에 침전부(30)가 구비된다. 이때, 유출수의 유속이 느리면 차집부(30) 내에 토사 침전물이 퇴적되고, 반대로 유속이 너무 빠르면 마찰에 의해 차집부(20)가 손상될 수 있으므로, 차집부(20)는 유출수가 적당한 유속이 흐르도록 설계되어야 한다. 예를 들어, 차집부(20)는 하기의 식(1)을 이용하여 설계될 수 있다.
이때, Q는 유출수의 양(m3/s), A는 차집부(20)의 단면적(m2), V는 유출수의 유속(m/s), N은 차집부(20)의 조도계수, R은 차집부(20)의 경심(m, A/P, 이때 P는 차집부(20)의 윤변(m)), I는 경사지의 동수 구배를 각각 나타낸다.
예를 들어, 피탄지로부터 수계로 유입되는 화약물질의 농도를 저감하기 위해, 유출수의 양은 2년 내지 10년 빈도의 10분간 강우량으로 설정하는 것이 바람직하다. 실제로, 여름철 집중강우 시기에 A 피탄지 근처의 수계에서 화약물질을 측정하였을 때 허용범위 이하의 농도가 측정되었다. 따라서 예상 강우량을 상회할 경우, 수계로 유입되는 화약물질의 농도가 허용범위를 초과하지 않도록 유출수의 양을 산정하는 것이 바람직하다.
조도계수는 차집부(20)의 수로를 구성하는 벽면의 성질에 의해 결정되며, 벽면이 거칠수록 그 값이 크다. 예를 들어, 조도계수는 하기의 표 1의 값을 가질 수 있다.
| 수로상태 |
N값 | ||
| 양호 | 보통 | ||
| 콘크리트 수로 |
바닥에 자갈 산재 | 0.015 | 0.017 |
| 양호한 단면 | 0.016 | 0.019 | |
| 아스팔트 수로 |
매끈함 | 0.013 | - |
| 거칠음 | 0.016 | - | |
침전부(30)는 차집부(20)보다 하측의 경사지에 구비되는 저수부로서, 차집부(20)를 통해 유입된 유출수와 토사에 침전 작용을 일으킨다. 또한, 침전부(30)에는 전분이 구비되어, 유출수 내의 화약물질을 1차 정화한다. 이때, 침전부(30)는 유출수에 의한 침식을 예방하기 위해 콘크리트의 호안 블럭으로 이루어지는 것이 바람직하다. 침전부(30) 내에 구비된 토사는 전분과의 공대사 반응으로 니트로리덕타아제(nitroreductase)를 지닌 토착미생물을 활성화하여 화약물질을 저감시킨다.
특히, 전분은 전분 및 소량의 생분해성 경화제로 구성된 구형 또는 다면체의 환 형태일 수 있다. 이러한 전분환은 유출수 속에서 곧바로 침강한 후, 서서히 용해하여 분해되므로 지속적으로 효과를 발휘한다. 즉, 침전부(30) 내에 살포된 전분환은 유출수 속에서 곧바로 침강한 후, 경화제가 1차로 용해되면서 전분이 유출수에 노출되어 서서히 용해되므로 지속적으로 효과를 발휘하며, 특히 비중이 물보다 높아 침전부(30)에서 쉽게 유출되지 않는다. 이때, 경화제로는 유당, 백당 및 황토 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 전분환은 전분 및 소량의 생분해성 경화제에 다공성 담체를 추가로 포함할 수 있다. 즉, 전분환은 다공성 담체로 구성되는 중앙부의 코어층과, 중앙부의 다공성 담체를 둘러싸도록 전분 및 생분해성 경화제의 혼합물로 형성된 표피층으로 구성될 수 있다. 이때, 다공성 담체로는 구운 황토, 다공성 세라믹 및 활성탄 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 재료로 제조된 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 구운 황토로 제조된 것이 경제성이 좋다. 특히, 전분환은 내부에 있는 다공성 담체에 화약물질 분해미생물(예를 들어, 사격장에서 분리한 화약물질 분해미생물종 혹은 동등한 성능을 가진 미생물)과 필수영양물질(예를 들어, 질소, 인산 또는 기타 생리활성화물질)을 접종, 충진한 뒤 외부를 전분과 경화제로 둘러싼 형태로 제조될 수도 있다. 이러한 전분환은 화약물질을 분해하는 토착미생물의 활성이 낮거나, 미생물 성장에 필요한 필수영양물질 농도가 낮은 경우에 사용할 수 있다. 이에 따라, 침전부(30)에 살포된 전분환은 바닥에 가라앉은 후, 경화제가 용해되면서 전분과 내부의 담체가 물에 노출되고, 화약물질 분해미생물이 전분과 영양물질을 섭취하여 성장한 다음, 서서히 주변으로 배출되어 퇴적토 내 화약물질을 제거한다.
습지부(40)는 화약물질을 정화하는 식물이 식재된 습지로서, 침전부(30)를 통과한 유출수를 유입받아 유출수 내의 화약물질을 식물상 정화에 의해 2차 정화한다. 특히, 습지부(40)에는 갈풀이나 물억새가 식재되는 것이 바람직하다. 이는 갈풀과 물억새가 피탄지 인근의 화약물질에 대한 식물상 정화공법을 수행할 수 있는 식물로서, 하기와 같은 조건을 만족하는 최적화된 식물이기 때문이다.
(i) 갈풀과 물억새는 국내 토양 및 기후에 적응되어 어느 지역에서나 성장이 가능하고, 화약물질에 대한 내성을 갖고 있으며, 특히 토양 및 습지에서 모두 적용가능한 식물이다.
(ii) 갈풀과 물억새는 다년생 식물이며, 종자로 번식하는 식물보다는 근경으로 번식하는 식물이다.
(iii) 갈풀과 물억새는 화약물질을 단순히 흡수하는 식물이 아닌, 흡수 후 분해할 수 있는 있으며, 전환산물을 식물체로 편입할 수 있는 식물이다.
(iv) 갈풀과 물억새는 식물의 근권에서 배출되는 유기물에 의하여 근권미생물이 활성화되어 화약물질을 분해할 수 있는 식물이다.
(v) 갈풀과 물억새는 화약물질이 물의 흡수에 따라 식물에 수동적으로 흡수되고, 흡수된 TNT는 지하부에 주로 축적되어 리그닌 등에 공액결합되어 처리되며, 흡수된 RDX는 지상부로 이송되어 식물 효소에 의해 분해되거나 리그닌 등에 공액결합되어 처리되므로, 물의 증발산을 많이 하고, 물과 함께 흡수되는 화약물질에 대해 내오염성을 갖고 성장하며, 동시에 화약물질을 분해하거나 식물체에 저장하는 식물이다.
이상과 같이, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10 : 방벽 구조물
20 : 차집부
30 : 침전부 40 : 습지부
30 : 침전부 40 : 습지부
Claims (6)
- 경사지의 상측에 위치한 피탄지로부터 발생하는 화약물질을 처리하는 시스템으로서,
피탄지에서 낙석하는 토석을 스크린하도록 경사지에 구비된 방벽 구조물;
상기 방벽 구조물보다 하측의 경사지에 구비되며, 유출수와 토사를 차집하여 침전지로 배출하는 차집부;
상기 차집부보다 하측의 경사지에 구비되고, 상기 차집부를 통해 유입된 유출수와 토사에 침전 작용을 일으키며, 전분을 이용하여 유출수 내의 화약물질을 1차 정화하는 침전부;
화약물질을 정화하는 식물로 이루어지며, 상기 침전지를 통과한 유출수를 유입받아 유출수 내의 화약물질을 2차 정화하는 습지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화약물질의 복합처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 방벽 구조물은,
서로 이격된 2 이상의 게비온 구조물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화약물질의 복합처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 차집부는,
상부가 개방되어 경사지의 지면에 요입된 관로로 이루어진 것을 특징으로 하는 화약물질의 복합처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 차집부는 차집된 유출수와 토사가 경사지의 경사를 따라 어느 한 지점 이상으로 배출되게 구성되고,
상기 침전부는 상기 차집부가 유출수와 토사를 배출하는 각 지점에 구비되는 것을 특징으로 하는 화약물질의 복합처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 침전부는 전분과 생분해성 경화제를 포함하는 전분환이 살포된 것을 특징으로 하는 화약물지의 복합처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 습지부에는 갈풀이나 물억새가 식재된 것을 특징으로 하는 화약물질의 복합처리 시스템.
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Non-Patent Citations (1)
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