KR20050093597A - 무동력 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형하천정화공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하천부지, 농수로, 제방부지 등에 모래, 쇄석, 황토여재를 이용하여 각기 다른 크기의 여재층으로 충진된 수로형 식생조를 조성하고, 이때, 상기 여재층중 상층인 모래층에는 정화용 수생 식물을 식재하고, 하층에는 쇄석과 공극이 큰 황토여재를 충진함으로써, 상하층에 전반적으로 균일한 흐름을 조성한 후, 특히 이와 같이 조성된 식생조를 연결함에 있어 흐름변경부를 설치하여, 상기 식생조내의 상층 및 하층의 처리수의 흐름을 변경하도록 한, 무동력 자연형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법에 관한 것이다. 이에 따르면, 인공습지 상층 및 하층의 자연유하 과정에서 유기물 및 영양염류 제거가 이루어지며, 특히, 유기질소성분을 포함한 질소제거에 효과적이어서, 기존 정화시스템보다 정화효율이 높고, 나아가 건설비 및 유지 관리비를 줄이고 부지사용 면적을 줄일 수 있다.

Description

무동력 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법{Waterway-type artificial wetland in no need of power and method of construction for natural purification of stream water using thereit}
본 발명은 무동력 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법에 관한 것으로, 상세하게는, 하천부지, 농수로, 제방부지등에 적용하여 오염수를 효과적으로 정화할 수 있는 무동력 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법에 관한 것이다.
본 발명에서 하천정화공법이란 하천수의 정화에 적합하다는 의미이고, 하천수의 정화에만 적용된다는 의미는 아니며, 오수, 하수, 폐수등 정화처리를 요하는 각종 처리수에 대한 정화처리공법이라는 의미를 포괄하도록 사용되는 것이다.
현재 급격한 산업화와 도시화로 오염물질의 유입량이 증가하여 하천은 그 자정능력을 상실하였으며, 특히 농가에서 사용하는 화학비료와 축산농가에서 배출하는 축산폐수는 하천의 부영양화를 촉진시키고 있다.
이와 같은 하천 오염문제를 해결하기 위해서는 하천을 오염시키는 모든 오염원을 원천적으로 차단하는 것이 바람직하지만, 그 실현은 실질적으로 불가능하다.
따라서 최근에는 오염된 하천수를 처리하기 위한 다양한 하천수 정화방법이 개발되고 있는데, 특히 자연상태의 미생물과 식물을 이용하여 오염된 물을 정화시키는 자연친화적인 공법인 인공 식생섬이나 인공습지가 그 대표적인 예이다.
상기 인공 식생섬을 이용하는 방법은, 하천의 수면에 수생식물이 식재된 부유시설을 설치함으로써 수중의 영양염류를 제거하고자 하는 방법이다.
상기 인공습지(artificial wetland)를 이용하는 방법은, 하천부지에 모래나 자갈이 충진된 습지를 조성하고 자갈의 표면에 부착된 미생물막을 이용하여 유기물을 제거하는 기술이다.
상기 인공습지 시스템은, 그 분류 기준에 따라 다양한 형태로 나뉠 수 있지만, 일반적으로, 기질위의 물의 깊이에 따라, 자유 수면(Free Water Surface ; FWS) 인공습지 시스템과, 지표면하 흐름(Subsurface Flow; SF) 인공습지 시스템으로 나뉘어진다.
한편, 상기 인공습지의 여과층 상부에 모래층이나 식물성 매트를 설치하고 수생식물을 심어서 영양염류를 제거하는 기술도 개발되어 있다.
그러나, 수중의 영양염류를 제거하기 위해 사용되는 수생식물은 성장속도가 느리기 때문에 원하는 정도의 영양염류를 제거하기 위해서는 넓은 재배면적이 필요하다는 단점이 있다.
즉, 수생식물의 흡수에 의한 영영염류의 제거는 국토면적이 적고 하천주변이 농지로 활용되고 있는 대한민국의 경우 그 적용이 어려우며, 이에 따라 작은 면적으로도 큰 효과를 낼 수 있는 고효율의 인공습지가 요구되고 있다.
나아가, 종래 기술에 따른 인공습지는, 쇄석이나 자갈과 같이 비표면적과 공극률이 작은 소재를 이용하여 여재층을 조성하기 때문에, 부유성 물질이 다량으로 유입되거나 미생물이 과잉 번식할 경우 여재층이 폐색되고 슬러지가 배출되지 않는 문제점이 있으며, 이를 방지하기 위해서는 역세척을 자주 실시하거나 주기적으로 여재를 교체해 주어야 하므로 유지비용이 많이 소요된다는 문제점도 갖고 있다.
또한, 폐색된 여재층을 교체하기 위해서는 중장비를 동원하여 물을 모두 배수하고 쇄석과 모래를 모두 교체하여야 하므로, 상당 기간 하천수 등을 처리할 수 없고, 세척이나 교체시 2차 폐수가 발생하게 된다는 문제점도 있다.
또한, 종래의 인공습지는 비표면적과 공극율이 작은 쇄석이나 자갈을 사용하여 여재층을 형성함으로 인하여 상당히 큰 부지면적을 필요로 하므로 부지가 협소한 대한민국의 실정에 적합하지 않으며, 인공습지가 조성되는 제외지나 제내지는 대부분 저지대이므로 여름철 홍수시에는 토사가 유입되어 매몰되거나 막힌다는 문제가 있다.
또한, 종래의 인공습지는 동절기에 인공습지의 수생식물이나 미생물이 성장을 멈추어 정화기능이 떨어진다는 문제가 있다.
더욱이, 종래 기술에 따른 인공습지는, 수생식물을 식재할 수 있도록 여재층의 상부에 식물성 매트를 설치하는 경우 쉽게 썩거나 흩어져 인공습지를 오염시키게 된다.
이와 같이 인공습지는 자연친화적인 공법으로서 많은 장점을 가지고 있지만, 상기와 같은 문제점들로 인하여 그 적절한 활용이 어려웠다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 기존의 인공습지 정화 시스템이 저조한 질소제거 효율을 갖는 것과는 달리, 질소제거 효과를 높일 수 있고, 인 제거 효율을 동시에 높일 수 있으며, 이에 따라, 기존 인공습지시스템에 비해 처리 시간을 단축시킬 수 있고, 처리를 위한 면적 등의 축소로 공사비와 공사기간을 단축시킬 뿐만 아니라, 주변환경의 변화에 따라 그 위치를 용이하게 변경할 수 있는, 무동력 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 또한, 부지확보가 어려운 배수로, 농로 또는 하천의 제방등에 적용되어 폭이 좁고 긴 수로형 인공습지를 쉽게 설치할 수 있으며, 동절기에도 식생대를 유지할 수 있는, 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 또한, 에너지 절감에 따른 유지관리 비용의 절감 및 편의성을 달성할 수 있는, 무동력 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 또한, 하천의 범람 및 토사의 유입에도 크게 영향을 받지 않는, 무동력 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 상층에 모래층, 하층에 쇄석층, 최하층에 황토여재층을 구비하고, 상기 모래층에 식물이 식재되는 수로형 식생조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지에 의해 달성된다.
그리고, 상기 인공습지는, 적어도 2개 이상의 식생조가 상기 식생조 상호간에 처리수가 흐를 수 있도록 연결되고, 상기 식생조간 연결부에는, 제1식생조로부터 유입되는 처리수중 상층수를 제2식생조의 하층으로 유입시키고, 상기 제1식생조로부터 유입되는 처리수중 하층수를 상기 제2식생조의 상층으로 유입시키는 처리수 흐름변경부;가 더 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 흐름변경부는, 상기 처리수가 통과하는 관로;와 상기 관로 내부에 설치되며, 상기 처리수의 흐름을 둘로 구획하여 상기 흐름간에 서로 섞이지 않도록 하며, 상기 처리수의 통과 동안 상기 구획된 두 흐름의 상하 위치를 역전시키는 흐름변경판;을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 식생조는, 갈대를 식생한 갈대식생조 및 이에 연결되는 장미를 식생한 장미식생조인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 인공습지는, 유입수를 분배하고, 유입수내의 토사를 침전하는, 유입수의 분배 및 침사조;를 상기 식생조의 처리수 유입부에 더 설치하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 분배 및 침사조는, 그 외부 일측에 설치되는 처리수의 유입을 위한 유입관; 그 외부 다른 일측에 설치되는 처리수의 유입량을 조절하는 드래인 밸브를 구비한 드래인; 및 그 내부 일측에 설치되고 토사를 침사하는 침사판;을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 분배 및 침사조는, 상기 식생조로 유출될 처리수의 유출량을 균일하게 하는 웨어(물넘이);를 더 구비하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 인공습지는, 상기 유입수의 분배 및 침사조와 상기 식생조의 사이에서 탈착 가능하도록 설치되는, 황토여재 카트리지;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 인공습지는, 상기 식생조의 유출부에 탈착 가능하도록 설치되는, 쇄석여재 카트리지;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 인공습지는, 상기 황토여재 카트리지의 출구; 상기 흐름변경부의 입구 및 출구; 및 상기 쇄석여재 카트리지의 입구;중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 위치에 삽입된 다공판;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 인공습지는, 상기 식생조의 상부를 덮는 비닐부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 또한, 상기 인공습지의 복수개를, 직렬로 연결하거나, 병렬로 연결하거나, 또는 상기 복수개중 일부를 직렬로 나머지 일부를 병렬로 연결하고, 상기 연결된 상태의 인공습지에 처리수를 유입하여 정화처리하는 것을 특징으로 하는 자연형 하천정화공법에 의해 달성된다.
이하, 본 발명을 그 실시예를 통하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있고, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것이다.
본 발명은, 동력이 필요없는 자연형 하천정화 공정을 수행하는 것으로, 하천부지, 농수로, 제방부지 등에 모래, 쇄석, 황토여재를 이용하여 각기 다른 크기의 여재층으로 충진된, 수로인, 식생조를 조성하고, 이때, 상기 여재층중 상층인 모래층에는 정화용 수생 식물을 식재하고, 하층에는 쇄석과 공극이 큰 황토여재를 충진함으로써, 상하층에 전반적으로 균일한 흐름을 조성한 후, 이와 같이 조성된 식생조를 연결하고, 상기 식생조내의 상층 및 하층의 처리수의 흐름을 변경하여, 인공습지 상층 및 하층의 자연유하 과정에서 유기물 및 영양염류 제거가 이루어지며, 특히, 유기질소성분을 포함한 질소제거에 효과적이어서, 기존 정화시스템보다 정화효율이 높고, 나아가 건설비 및 유지 관리비를 줄이고 부지사용 면적을 줄일 수 있음등을 그 기술적 사상의 바탕으로 한다.
본 발명에 있어서 유체의 흐름은 자연유하 방식을 채택하며, 습지형태는 지하형태와 지표형태가 공존하고 수로에 전반적으로 균일하게 유지된다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 무동력 수로형 인공습지를 상술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무동력 수로형 인공습지의 단면 및 평면 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하천부지등에 적용되기 위한 자연형 하천정화공정으로서 다음과 같은 구성의 무동력 수로형 인공습지를 조성할 수 있다.
즉, 우선 처리수가 유입되는 분배 및 침사조(30)를 설치하고, 상기 분배 및 침사조(30)로부터 유출되는 처리수가 유입되는 황토여재 카트리지(50)가 설치되며, 상기 황토여재카트리지(50)로부터 유출되는 처리수가 통과하는 다공판(40)이 설치되며, 상기 다공판(40)을 통과한 처리수가 유입된 후, 처리되고, 유출되는, 제1식생조(10)가 설치되며, 상기 제1식생조(10)로부터 유출되는 처리수가 통과하는 다공판(40)이 설치되고, 상기 다공판(40)을 통과한 처리수의 상하 흐름을 바꾸는 흐름변경부(20)가 설치되며, 상기 흐름이 바뀐 처리수가 통과하는 다공판(40)이 설치되고, 상기 다공판(40)을 통과한 처리수가 유입된 후, 처리되고, 유출되는, 제2식생조(10)가 설치되고, 상기 제2식생조(10)로부터 유출된 처리수가 유입되는 쇄석여재카트리지(65)가 인공습지의 유출부(60)에 설치되며, 최종 처리된 처리수는 유출부(60)의 유출관(61)을 통하여 유출된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유입수의 분배 및 침사조(30)의 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 분배 및 침사조(30)는, 그 하우징 외부 일측에 설치되는 유입관(31), 상기 하우징의 외부 다른 일측에 설치되는 드래인 밸브(33)를 장착한 드래인관(32), 상기 하우징의 내부에 설치되는 침사판(35)을 구비하고, 상기 하우징의 일면은 웨어(34)로 이루어진다.
이와 같은 구성에 따라, 우선, 하천수등의 처리수를 상기 유입관(31)을 통해 유입시키고, 이때, 상기 드래인 밸브(33)를 통해 유입 유량을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 침사판(35)은 유입되는 토사를 1차적으로 침사시키는 역할을 수행하도록 하며, 또한 식생조로 처리수 유출시 웨어(34)를 통하게 하면 처리수가 균일하게 유출하도록 할 수 있고, 이에 의해 유출 유량(즉, 식생조로의 유입 유량)을 확인할 수 있다.
상기 황토여재 카트리지(50)는, 상기 분배 및 침사조(30) 후단에 설치되는 것이고, 다공성의 황토여재가 탈착가능한 카트리지 형태로 설치되며, 이에 따라 2차적인 토사의 제거 효과와 미생물 번식 및 서식조건을 조성할 수 있다.
이와 같이 상기 분배 및 침사조(10)와 황토여재 카트리지(50)를 통해, 유입되는 고형물의 제거를 수행함으로써, 1차적인 유기물질의 제거효과를 얻게 되며, 이를 주기적으로 관리하면 1차적 유기물질 제거를 용이하게 할 수 있으므로, 장기적인 공정의 유지관리가 쉽다.
또한, 본 실시예의 경우 인의 축적 기작이 주로 유입초기에서 일어나므로, 상기 분배 및 침사조(10)와 상기 황토여재 카트리지(50)의 세척과 퇴적물의 제거를 통해 인을 제거함으로써, 최종 방류수의 인 오염문제를 해결 할 수 있다.
상기 식생조(10)는, 수로 전반적으로 균일한 흐름을 유도하기 위해 각각 다른 여재를 충진한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 각기 다른 크기의 모래층(16)(2.5mm이내), 쇄석층(17)(25mm-40mm), 황토여재층(18)(80mm)을 순차적으로 소정의 두께로 조성하여 하층부의 통수능을 향상시킨 것이다.
그리고, 상기 모래층(16)에는, 정화용 수생식물이나 화훼작물을 식재하여 정화효율을 높이도록 한다.
예를 들어, 갈대(13)나 장미(14)를 식재할 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 갈대를 식생한 갈대식생조와 장미를 식생한 장미식생조를 연결하여 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 본 실시예에서는 식생대 조성을 두가지 형태로 조성하였으며, 우선, 상기 갈대(13)를 식재한 제1식생조(10)는 번식력 및 환경변화에 적응력이 강한 수종인 갈대(13)를 식재하여 급격한 수질 변화에 대응할 수 있도록 한 것이고, 상기 장미(14)를 식재한 제2식생조(10)는 화훼작물이나 수경재배가 가능한 수종인 장미(14)를 식재하여 생태공원 등을 조성할 경우 심미적인 효과를 극대화하도록 한 것이다.
상기 최하층에 설치되는 황토여재층(18)에는 공극이 큰 황토여재를 이용하는데, 이는 미생물 활성도를 높여 미생물 접촉층의 역할을 하게 되며, 또한 상기 하층의 쇄석층(10)과 함께 원활한 통수능에도 기여한다.
본 실시예의 공정에서는, 호기와 준혐기가 동시에 존재하는데, 유기물 제거 및 질산화는 상층수에서 일어나고, 하층수에서는 암모니아화 및 탈질과정을 유도하기 위해, 수로내의 유체의 흐름을 전반적으로 균일하게 유도하고, 이를 위해 여재층의 크기에 따라 충진한다.
또한, 상층을 모래로 충진한 후 수생식물을 식재하여 집중호우에 따른 하천 범람으로 토사가 수로 전체적으로 피복되어도 하층부에는 전혀 영향을 주지 않으며, 피복된 토사를 제거함으로써 원상복구가 이루어져 토사 유입에 따른 영향을 최소화 할 수 있다.
이와 같은 식생조(10)에 따르면, 종래 인공습지의 형태인 지하형 및 지표형의 경우에 호기 및 혐기를 각기 조에 형성하고 물의 흐름을 동력에 의해 조절했던 것과는 달리, 무동력으로도 상층 및 하층의 물의 흐름을 원활하게 유지할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흐름변경부(20)의 입체 형상을 나타내는 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는, 상기 갈대(13)가 식재된 제1식생조(10)와 상기 장미(14)가 식재된 제2식생조(10)사이에, 흐름변경부(흐름변경모듈; flow exchanges module)(20)가 설치되며, 상기 흐름변경부(20)는 처리수가 통과하는 관로(21)와 상기 관로(21) 내부에 설치되는 흐름변경판(22)으로 구성된다.
상기 흐름변경판(22)은, 뫼비우스띠 형상으로 꼬아진 나선형 부재로서, 제1식생조(10)로부터 유입되는 상층수(23)와 하층수(24)의 상하 위치를 서로 바꾸어, 제2식생조(10)로 유입시킨다.
상기 흐름변경부(20)의 작용은 일반적인 오염물질의 자정작용의 기작을 기본으로 한다.
즉, 오염물질의 정화작용은 호기성과 혐기성이 각기 다른 기작에 의해 이루어지는 것인데, 하천의 경우, 호기조건에서는 유기물 제거 및 질산화에 관여하는 미생물의 분해작용이 활발한 반면, 준혐기성 조건(혹은 무산소 조건)에는 탈질 및 암모니아화 미생물의 분해작용이 진행하게 된다.
그러므로, 수로에 유하되는 유체의 흐름중 상층 및 하층을 서로 변경시켜주면 유기물 및 영양염류의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 호기성 조건인 상층수에서 분해가 어려운 유기 질소는 준혐기조건인 하층수에서 암모니아화가 일어나며, 전환된 암모니아는 상기 흐름변경부(20)에 의해 위치가 변경되어 호기성 조건인 상층부로 이동되고, 따라서 호기성 미생물에 의해 질산화가 일어나게 된다.
또한, 상층부에서 질산화된 질소는 상기 흐름변경부(20)에 의해 하층부로 유입되어 탈질균에 의해 탈질이 일어나며, 이는 다시 상층부로 이동되어 대기로 이동하고 최종적으로 질소오염물질이 제거된다.
상기 쇄석여재 카트리지(65)는 식생조(10)의 유출구(60) 부위에 설치되며, 탈착이 가능하도록 한 것이고, 흐름의 조절등에 기여하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다공판의 입체 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 다공판(40)을 상기 황토여재 카트리지(50) 후단, 상기 흐름변경부(20)의 전단 및/또는 후단, 최종 쇄석여재 카드리지(65) 전단부중 어느 하나 또는 두군데 이상 설치하여 수로내의 처리수 특히 상층부와 하층수의 물의 흐름이 전반적으로 균일하게 유하되도록 유지한다.
또한, 상기 다공판(40)의 경우 수로 크기에 맞게 카트리지 형태로 제작하여 탈착이 쉽도록 한다.
한편, 동절기의 경우 필요에 따라서, 상기 인공습지의 식생조(10)의 상부를 비닐부재로 덮어 씌워 비닐하우스 형태로 만들므로써, 동절기에도 식생대를 용이하게 유지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 무동력 수로형 인공습지를 이용한 자연형 하천정화공법을 상술한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무동력 수로형 인공습지의 직렬 조합을 나타내는 개략도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무동력 수로형 인공습지의 병렬 조합을 나타내는 개략도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무동력 수로형 인공습지를 하천부지에 적용한 경우의 모식도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 인공습지는 처리수의 정화를 위해 여러 방식으로 조합, 변화시켜 구성할 수 있으며, 이를 하천에 적용한 경우의 모식도인 도 7에 도시된 바와 같이, 다양한 하천조건에 적당하게 공정을 구성할 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 하천정화공정은 하천부지의 조건이나 하천의 흐름, 유량 등의 조건에 적합하도록, 상기 인공습지를 직렬 형태, 병렬 형태로 구성할 수 있고, 또는 흐름변경부(20)를 중심으로 다양한 형태로 구성할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 직렬형태에서는 처리수가 각 인공습지의 후단과 전단을 이어 흐르며, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 병렬형태에서는, 각 인공습지의 후단과 전단을 이어 흐를 뿐만 아니라, 도 7에 도시된 병렬조성 인공습지와 같이, 전단의 흐름을 연결하고, 후단의 흐름을 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 공정 내에 유입되는 하천수를 동력을 사용하지 않고 상류지역에서 채취하여 수두차에 의해 공급하도록 할 수 있으며, 이에 의해 인공습지 내에서도 모두 자연유하 과정에서 정화기작이 일어나고 이후 방류될 수 있어 유지관리에 따른 비용의 절감을 가져오며 운전이 매우 용이하게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 습지의 여재를 상층에 모래를 사용하고, 하층에 쇄석과 공극이 큰 황토여재를 각각 조성하여 미생물 접촉이 가능하고, 또한 원할한 통수능도 확보할 수 있는 여재층을 조성하며, 상층인 모래층에는 수생식물이나 화훼작물을 식재하여 기존 정화시스템보다 정화효율을 높이며, 건설비 및 유지 관리비를 줄이고 부지사용 면적을 줄일 수 있다.
그리고, 무동력 수로형 인공습지에 흐름변경용 구조물을 설치하여, 동력을 사용하지 않고 자연유하 상태에서 호기성 상태의 상층수와 준혐기성 상태의 하층수를 교환해줌으로써, 기존의 인공습지 정화시스템이 저조한 질소제거 효율을 갖는 것과는 달리, 질소제거 효과를 증가시킬 수 있고, 이에 따라, 기존 인공습지에 비해 처리시간을 단축시킬 수 있고, 처리를 위한 면적 등의 축소로 공사비와 공사기간을 단축시킬 뿐만 아니라, 주변환경의 변화에 따라 그 위치를 쉽게 바꿀 수 있다.
그리고, 수로형 습지를 하천변 혹은 둔치에 설치하여 하천수가 자연 유하에 의해 유입되도록 설치하여 에너지 절감에 따른 유지관리 비용의 절감 및 편의성을 달성할 수 있다.
그리고, 수생식물을 여재층에 직접 식재함으로써 식생대 유지용 구조물 설치를 최소화하여 하천의 범람 및 토사의 유입에도 크게 영향을 받지 않도록 할 수 있다.
그리고, 부지확보가 어려운 배수로, 농로 또는 하천의 제방 부지를 따라 폭이 좁고 긴 수로형 인공습지를 쉽게 설치할 수 있으며, 필요에 따라 비닐하우스를 설치하여 동절기에도 식생대를 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 무동력 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법에서는, 수로형 식생조내의 상층 및 하층의 물의 흐름을 원활하게 유도하여 공극의 폐쇄에 따른 처리효율의 저하를 최소화하고 공극폐쇄에 따른 유지관리를 용이하게 한다는 효과를 달성한다.
또한, 본 발명에 따른 무동력 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법은 흐름변경부를 통해 상층과 하층수의 위치를 변경하여 유기물 제거와 동시에 질소제거 효율을 증대시키는 효과를 달성한다.
나아가, 본 발명의 무동력 수로형 인공습지 및 이를 이용한 자연형 하천정화공법에 따르면 국내의 하천조건에 적합하여 다양한 조건에서 쉽게 조성 형태를 변형시켜 적용이 가능하므로 인공습지 부지 선정의 문제를 해결할 수 있고, 대규모 토목공사가 불필요하며 비닐하우스 등 온실시설을 설치하기 용이할 뿐만 아니라, 처리과정에 에너지 소비가 없어 적용성, 유지관리의 용이성 및 처리효율의 극대화를 달성할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수로형 인공습지의 단면 및 평면 개략도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유입수의 분배 및 침사조의 입체 형상을 나타내는 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흐름변경부의 입체 형상을 나타내는 개략도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다공판의 입체 형상을 나타내는 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수로형 인공습지의 직렬 조합을 나타내는 평면 개략도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수로형 인공습지의 병렬 조합을 나타내는 평면 개략도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수로형 인공습지를 하천부지에 적용한 경우의 모식도이다.
*주요 도면 부호의 간단한 설명*
10:식생조 13:갈대
14:장미 16:모래층
17:쇄석층 18:황토여재층
20:흐름변경부 21:관로
21:흐름변경판 23:상층수
24:하층수 30:분배 및 침사조
31:유입관 32:드래인
33:드래인 밸브 34:웨어
35:침사판 40:다공판
50:황토여재 카트리지 60:유출부
61:유출관 65:쇄석여재 카트리지

Claims (12)

  1. 상층에 모래층(16), 하층에 쇄석층(17), 최하층에 황토여재층(18)을 구비하고, 상기 모래층(16)에 식물이 식재되는 수로형 식생조(10);를 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인공습지는,
    적어도 2개 이상의 상기 식생조(10)가 그 식생조(10) 상호간에 처리수가 흐를 수 있도록 연결되고, 상기 식생조(10)간 연결부에는, 제1식생조(10)로부터 유입되는 처리수중 상층수를 제2식생조(10)의 하층으로 유입시키고, 상기 제1식생조(10)로부터 유입되는 처리수중 하층수를 상기 제2식생조(10)의 상층으로 유입시키는 처리수 흐름변경부(20);가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 흐름변경부(20)는,
    상기 처리수가 통과하는 관로(21); 및
    상기 관로(21)내부에 설치되며, 상기 처리수의 흐름을 둘로 구획하여 상기 흐름간에 서로 섞이지 않도록 하며, 상기 처리수의 통과 동안, 상기 구획된 두 흐름의 상하 위치를 역전시키는 흐름변경판(22);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 식생조(10)는,
    갈대를 식생한 갈대식생조(10) 및 이에 연결되는 장미를 식생한 장미식생조(10)인 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 인공습지는,
    유입수를 분배하고, 유입수내의 토사를 침전하는, 유입수의 분배 및 침사조(30);가 상기 식생조(10)의 처리수 유입부에 더 설치된 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 분배 및 침사조(30)는,
    그 외부 일측에 설치되는 처리수의 유입을 위한 유입관(31);
    그 외부 다른 일측에 설치되는 처리수의 유입량을 조절하는 드래인 밸브(33)를 구비한 드래인(32); 및
    그 내부 일측에 설치되고 토사를 침사하는 침사판(35);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 분배 및 침사조(30)는,
    상기 식생조(10)로 유출될 처리수의 유출유량을 제어하는 웨어(물넘이)(34);를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 인공습지는,
    상기 유입수의 분배 및 침사조(30)와 상기 식생조(10)의 사이에, 탈착 가능하도록 설치되는, 황토여재 카트리지(50);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 인공습지는,
    상기 식생조(10)의 유출부(60)에, 탈착 가능하도록 설치되는, 쇄석여재 카트리지(65);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 인공습지는,
    상기 황토여재 카트리지(50)의 출구; 상기 흐름변경부(20)의 입구 및 출구; 및 상기 쇄석여재 카트리지(10)의 입구;중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 위치에 삽입된 다공판(40);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 인공습지는,
    상기 식생조(10)의 상부를 덮는 비닐부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 수로형 인공습지.
  12. 제 2 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 의한 인공습지의 복수개를, 직렬로 연결하거나, 병렬로 연결하거나, 또는 상기 복수개중 일부를 직렬로 나머지 일부를 병렬로 연결하고, 상기와 같이 연결된 인공습지에 처리수를 유입하여 정화 처리하는 것을 특징으로 하는 자연형 하천정화공법.
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