KR20150091815A - Soil block for phosphorous removal and Apparatus and method for water and stream purification - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a soil block capable of effectively removing nitrogen contained in stream water and phosphorus in stream water through a soil block composed with the optimal mixing ratio, and an apparatus and a method for purifying stream water quality using the same. According to the present invention, a soil block comprises a porous box and a complex medium layer equipped inside the porous box, wherein the complex medium layer comprising soil, an absorbent, iron, and alumina is configured to be mixed with the ratio of 3-7 vol% of the absorbent, 1-5 vol% of the iron, and 3-7 vol% of the alumina with respect to the total volume of the complex medium layer.

Description

토양블록 및 이를 이용한 하천수질 정화장치와 방법{Soil block for phosphorous removal and Apparatus and method for water and stream purification}[0001] The present invention relates to a soil block and a method for purifying a river water using the same,

본 발명은 토양블록 및 이를 이용한 하천수질 정화장치와 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최적 조합비로 구성된 토양블록을 통해 하천수 내에 포함되어 있는 질소뿐만 아니라 하천수의 인을 효과적으로 제거할 수 있는 토양블록 및 이를 이용한 하천수질 정화장치와 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a soil block and an apparatus and a method for purifying river water using the soil block. More particularly, the present invention relates to a soil block capable of effectively removing phosphorus from river water as well as nitrogen contained in river water through a soil block composed of an optimal combination ratio And a method and apparatus for purifying a river water using the same.

지금까지의 이치수 중심의 하천정비는 하천직강화 및 하천환경 훼손을 유발하였고, 이로 인해 하천 유수의 체류시간이 감소되어 하천의 자정능력 상실이 초래되었다. 한편, 하천오염은 수량이 많고 오염농도가 낮은 특징으로 인하여, 하천 전체수량에 대하여 수처리 공법을 적용하는 것은 경제적인 측면에서 현실적이지 못하다. 따라서, 하천의 자연정화 능력을 회복시키고, 자체적으로 깨끗한 수질을 유지할 수 있도록 하는 친자연형 수질정화 기술에 대한 요구가 점차 증가하고 있다. Until now, the river maintenance centered on the Ichijo river has caused the river to be stiffened and the river environment to be damaged, resulting in a decrease in the residence time of the river stream, resulting in the loss of the river's self-sufficiency. On the other hand, it is not economical to apply the water treatment method to the total water quantity of rivers due to the high water content and low pollution concentration. Accordingly, there is an increasing demand for a natural-type water purification technology that can restore the natural purification ability of a river and maintain its own clean water quality.

이러한 배경 하에 적용된 접촉산화시설, 인공습지, 인공식물섬 등을 이용한 수질정화 기술들은 식생 및 미생물에 의한 우수한 생물학적 제거효율과 주변경관 향상 등의 이점들이 있지만, 홍수시 그 기능을 지속적으로 유지할 수 없거나 구조 자체가 붕괴되는 한계점을 갖고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 지표수, 지하수, 토지를 포함한 유역 공간을 고려할 수 있는 자연친화적 수질정화 방법이 필요하다. Although water purification technologies using contact oxidation facilities, artificial wetlands and artificial vegetation is applied under these backgrounds, there are advantages such as excellent biological removal efficiency by vegetation and microorganisms and improvement of surrounding landscape, The structure itself has a critical point of collapse. To overcome these limitations, it is necessary to develop a method of water purification that can take into consideration watershed space including surface water, ground water, and land.

이러한 관점에서, 한국등록특허 제586496호에 제시된 '하천수, 호소수, 하폐수처리장치의 방류수 처리를 위한 복류식 정화장치 및 이를 이용한 정화처리방법'은 고수부지 또는 호소변의 부지에 복류정화지를 조성하여 토양의 여과, 흡착 및 미생물 대사작용으로 유기물 분해함과 함께 식물을 식재하여 질소와 인을 제거하여 수질개선을 기대하고 있다. 하지만, 상기의 방법은 그 처리용량이 토양층의 투수계수에 절대적으로 의존하기 때문에 투수능이 좋지 않은 토양을 사용할 경우 처리용량의 확보가 어렵고, 장기운전시 폐색(clogging) 현상이 발생하여 운전의 유지가 어려운 단점을 갖고 있다. In view of this, Korean Patent No. 586496, entitled " Detoxification type purification apparatus for treatment of effluent of river water, lake water, wastewater treatment apparatus, and purification method using the same, " It is expected to improve water quality by removing nitrogen and phosphorus by planting plants together with decomposition of organic matter by filtration, adsorption and microbial metabolism of soil. However, in the above method, since the treatment capacity is absolutely dependent on the permeability coefficient of the soil layer, it is difficult to secure the treatment capacity when the soil having poor permeability is used, and clogging phenomenon occurs in the long- Has a disadvantage.

이러한 문제점을 해결하기 위해 다단토양층 방법을 개발하여 사용하고 있다. 일본특허공개공보 제2004-154696호 등에 개시된 다단토양층 방법을 살펴보면, 기본적으로 토양을 이용한 정화법을 근간으로 하나 구조를 개선하여 유체의 흐름을 변화시킨 것을 특징으로 하는데, 구체적으로 토양을 일정한 형태로 블록화하여 대상지역 및 반응조에 벽돌쌓기 모형으로 토양층을 쌓아 올리고, 토양층 사이에는 투수층을 형성하여 통수능을 향상시키는 것이다. 이러한 방법의 경우, 투수층의 통수능을 향상시켜 처리량을 증대시킬 수 있는 장점이 있으나, 하천수가 투과되는 과정에서 대부분의 하천수가 투수층을 통하여 투과가 이루어지기 때문에 하천수 처리에 중요한 역할을 하는 토양층으로의 투수량이 줄어들어 처리효율이 상대적으로 떨어지는 단점이 있다. To solve these problems, a multi - layer soil layer method has been developed and used. Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2004-154696 discloses a multi-layer soil layer method. The soil layer method is basically based on a soil purification method. However, the structure is improved to change the fluid flow. Specifically, the soil is blocked So, the soil layer is stacked with the brick-piling model in the target area and the reaction tank, and the permeability layer is formed between the soil layers to improve the watertightness. This method has an advantage in that the permeability of the permeable layer can be increased to increase the throughput. However, since most of the river water permeates through the permeable layer during the permeation of the river water, the permeability to the soil layer And the processing efficiency is relatively lowered.

이와 함께, 본 출원인의 등록특허인 한국등록특허 제1163061호에 개시된 '처리토양층 및 투수여재층을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법'을 통해 하천수 내에 포함되어 있는 질소, 인, 영양염류를 제거하는 기술을 제시한 바 있다. 한국등록특허 제1163061호는 다단의 처리토양층과 투수여재층의 구조에 기반하여 질소를 효과적으로 제거함에 현저한 효과가 있으나 인의 제거에 다소 미흡한 면이 있다.
In addition, the technology for removing nitrogen, phosphorus, and nutrients contained in the river water through the "apparatus and method for treating river water using treated soil layer and permeable filter medium" disclosed in Korean Patent No. 1163061, which is a registered patent of the present applicant . Korean Patent No. 1163061 has a remarkable effect for effectively removing nitrogen based on the structure of the multi-stage treated soil layer and the permeable material layer, but there is a somewhat insufficient effect on removal of phosphorus.

한국등록특허 제586496호Korean Patent No. 586496 일본특허공개공보 제2004-154696호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-154696 한국등록특허 제1163061호Korean Patent No. 1163061

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 최적 조합비로 구성된 토양블록을 통해 하천수 내에 포함되어 있는 질소뿐만 아니라 하천수의 인을 효과적으로 제거할 수 있는 토양블록 및 이를 이용한 하천수질 정화장치와 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a soil block capable of effectively removing phosphorus in river water as well as nitrogen contained in river water through a soil block composed of an optimum combination ratio, The purpose of the method is to provide.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토양블록은 다공성 상자 및 상기 다공성 상자 내에 구비되는 복합여재층을 포함하여 이루어지며, 상기 복합여재층은 토양, 흡수제, 철분 및 알루미나를 포함하여 구성되며, 상기 복합여재층의 전체 부피 대비 상기 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the soil block according to the present invention comprises a porous box and a composite filter medium layer provided in the porous box, wherein the composite filter medium layer comprises soil, absorbent, iron powder and alumina, Wherein the absorbent is mixed in an amount of 3 to 7 vol%, 1 to 5 vol% of iron powder, and 3 to 7 vol% of alumina, based on the total volume of the composite filter medium layer.

상기 복합여재층은 토양, 흡수제, 철분, 알루미나, 부엽토 및 목탄을 포함하여 구성되며, 상기 복합여재층의 전체 부피 대비 토양은 65∼80vol%, 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%, 상기 부엽토와 목탄의 합은 15∼25vol%의 비율로 혼합될 수 있다. 또한, 상기 흡수제는 퍼라이트 또는 질석이다. The composite filter medium layer is composed of soil, absorbent, iron powder, alumina, humus, and charcoal. The total volume of the composite filter medium layer is 65 to 80 vol%, the absorbent amount is 3 to 7 vol%, the iron content is 1 to 5 vol% 3 to 7 vol% of alumina, and 15 to 25 vol% of the sum of the humus and charcoal. Also, the absorbent is perlite or vermiculite.

본 발명에 따른 토양블록을 이용한 하천수질 정화장치는 일정 공간 내에 상하 및 좌우로 이격, 배치된 복수의 토양블록과, 상기 토양블록을 감싸는 형태로 공간 내에 채워진 투수여재층 및 상기 투수여재층의 최상단의 전면 상에 격자 형태로 배치되어 하천수를 공급하는 하천수 분배관을 포함하여 이루어지며, 상기 토양블록은 복합여재층을 구비하며, 상기 복합여재층은 토양, 흡수제, 철분 및 알루미나를 포함하여 구성되며, 상기 복합여재층의 전체 부피 대비 상기 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다. The apparatus for purifying a river water using a soil block according to the present invention comprises a plurality of soil blocks spaced vertically and horizontally in a predetermined space, a permeable filter medium layer filled in the space in the form of wrapping the soil block, The soil block includes a complex filter medium layer. The complex filter medium layer comprises soil, an absorbent, iron powder, and alumina. , 3 to 7 vol% of the absorbent, 1 to 5 vol% of iron powder, and 3 to 7 vol% of alumina, based on the total volume of the composite filter medium layer.

또한, 상기 복합여재층은 토양, 흡수제, 철분, 알루미나, 부엽토 및 목탄을 포함하여 구성되며, 상기 복합여재층의 전체 부피 대비 토양은 65∼80vol%, 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%, 상기 부엽토와 목탄의 합은 15∼25vol%의 비율로 혼합될 수 있다. The composite filter medium layer is composed of soil, absorbent, iron powder, alumina, humus and charcoal. The total volume of the composite filter medium layer is 65 to 80 vol%, the absorbent amount is 3 to 7 vol% 5% by volume of alumina, 3 to 7% by volume of alumina, and 15% to 25% by volume of the humus and charcoal.

상기 투수여재층은 마사토, 활성탄, 제올라이트(zeolite), 펄라이트(perlite), 부식토, 슬래그(slag) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. The permeable material layer may be made of any one of masato, activated carbon, zeolite, perlite, corrosion-resistant material, slag, or a mixture thereof.

본 발명에 따른 토양블록을 이용한 하천수질 정화방법은 일정 공간 내에 상하 및 좌우로 이격, 배치된 복수의 토양블록과, 상기 토양블록을 감싸는 형태로 공간 내에 채워진 투수여재층을 포함하여 구성되는 하천수질 정화장치를 이용한 하천수질 정화방법에 있어서, 상기 하천수질 정화장치에 하천수가 공급되면 상기 투수여재층에 의해 하천수 내에 포함되어 있는 총고형물이 제거되고, 상기 토양블록에 의해 하천수의 인이 제거되며, 상기 토양블록은 복합여재층을 구비하며, 상기 복합여재층은 토양, 흡수제, 철분, 알루미나, 부엽토 및 목탄을 포함하여 구성되며, 상기 복합여재층의 전체 부피 대비 토양은 65∼80vol%, 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%, 상기 부엽토와 목탄의 합은 15∼25vol%의 비율로 혼합되며, 하천수의 인은 상기 철분과 알루미나와 이온교환되어 제거되는 것을 특징으로 한다.
A method for purifying a river water using a soil block according to the present invention is a method for purifying a river water comprising a plurality of soil blocks spaced vertically and horizontally in a predetermined space and a water permeable filter material layer filled in the space in the form of wrapping the soil block A method for purifying a river water using a purifier, wherein when the river water is supplied to the river water quality purification apparatus, the permeable filter medium layer removes total solids contained in the river water, the phosphorus of the river water is removed by the soil block, The soil block comprises a composite filter medium layer, wherein the composite filter medium layer comprises soil, an absorbent, iron powder, alumina, humus, and charcoal. The total volume of the composite filter media is 65 to 80 vol% 3 to 7 vol% of iron, 1 to 5 vol% of iron, 3 to 7 vol% of alumina, 15 to 25 vol% of the sum of the humus and charcoal, And it characterized in that the alumina is removed and the ion exchange.

본 발명에 따른 토양블록 및 이를 이용한 하천수질 정화장치와 방법은 다음과 같은 효과가 있다. The soil block according to the present invention and the apparatus and method for treating river water using the soil block have the following effects.

철분과 알루미나를 최적 비율로 혼합하여 토양블록을 구성함으로써, 토양블록의 인 제거특성을 극대화할 수 있다.
It is possible to maximize the phosphorus removal characteristics of the soil block by mixing soil block with iron and alumina at an optimum ratio.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양블록의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양블록을 이용한 하천수질 정화장치의 구성도.
도 3a는 복합여재층에 철분만이 혼합된 경우의 인 제거특성을 나타낸 것.
도 3b는 복합여재층에 알루미나만이 혼합된 경우의 인 제거특성을 나타낸 것.
도 4는 철분과 알루미나가 함께 복합여재층에 혼합된 경우의 토양블록의 인 제거특성을 나타낸 것.
도 5는 철분과 알루미나가 각각 4vol%로 혼합된 토양블록을 3단과 5단의 형태로 배치한 경우의 인 제거특성을 나타낸 그래프.1 is a block diagram of a soil block according to an embodiment of the present invention;
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001]
3A shows phosphorus removal characteristics when only iron powder is mixed in the composite media layer.
FIG. 3B shows the phosphorus removal characteristics when only the alumina is mixed in the composite media layer.
Fig. 4 shows the phosphorus removal characteristics of a soil block when iron and alumina are mixed together in a composite media layer.
FIG. 5 is a graph showing phosphorus removal characteristics when a soil block in which iron and alumina are mixed at 4 vol%, respectively, is disposed in the form of three-stage and five-stage.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 토양블록 및 이를 이용한 하천수질 정화장치와 방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a soil block according to an embodiment of the present invention and an apparatus and method for treating river water using the soil block will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 토양블록은 하천수질 정화장치 내에 구비되어 하천수의 질소와 인을 제거하는 역할을 하며, 특히 인 제거에 최적화된 특성을 나타낸다. The soil block according to one embodiment of the present invention is provided in the river water quality purification apparatus to remove nitrogen and phosphorus in the river water, and particularly shows a characteristic optimized for phosphorus removal.

도 1을 참조하면, 상기 토양블록은 직육면체 형상의 다공성 상자, 상기 다공성 상자 내에 구비되는 복합여재층으로 구성된다. 상기 다공성 상자는 상부면이 개구된 직육면체 형태를 이루며, 다공성 상자의 측면 및 하부면에는 투수를 위한 개구공이 구비된다. 상기 복합여재층은 하천수의 인을 여과, 흡착, 이온교환의 반응을 통해 제거하는 역할을 하며, 복합여재층의 구성물질이 상기 다공성 상자의 개구공을 통해 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 복합여재층은 다져진 상태로 상기 다공성 상자에 구비된다. Referring to FIG. 1, the soil block includes a rectangular box-like porous box and a composite filter medium layer disposed in the porous box. The porous box is in the form of a rectangular parallelepiped having an open top surface, and openings for water permeability are provided on the side surface and the bottom surface of the porous box. The composite filter media layer functions to remove phosphorus in the stream water through filtration, adsorption, and ion exchange. In order to prevent the constituent materials of the complex filter media layer from flowing out through the openings of the porous box, Is provided in the porous box in a compacted state.

상기 복합여재층은 세부적으로 토양, 흡수제, 철분 및 알루미나(Al2O3)의 조합으로 이루어진다. 상기 토양은 복합여재층의 기반을 이루는 주 구성요소로서 여과 및 흡착을 통해 하천수의 인을 제거하는 역할을 하며, 마사토 등이 사용될 수 있다. 상기 흡수제는 하천수의 일부를 흡수함으로써 하천수가 복합여재층 내부로 이동되도록 유도함과 함께 복합여재층의 투수능을 향상시키는 역할을 한다. 전술한 바와 같이, 복합여재층은 다져진 상태로 다공성 상자에 구비됨에 따라, 하천수의 유량이 일정 수준 이상으로 증가되면 하천수가 복합여재층으로 흡수되지 않고 다른 방향으로 이동될 수 있다. 이를 방지하기 위해 복합여재층에 흡수제가 포함되며, 상기 흡수제로는 퍼라이트(perlite) 또는 질석이 사용될 수 있다. The composite material layer is made of a combination of soil, absorbent, iron powder and alumina (Al 2 O 3 ) in detail. The soil is a main component forming the basis of the composite filter medium layer, and serves to remove the phosphorus of the river water through filtration and adsorption. The absorbent absorbs a part of the river water, thereby guiding the river water to move into the interior of the composite filter medium, and enhancing the ability to permeate the composite media. As described above, since the composite filter medium layer is provided in the porous box in a compacted state, if the flow rate of the river water is increased to a certain level or more, the river water can be moved in the other direction without being absorbed into the composite filter medium layer. In order to prevent this, an absorbent is included in the composite filter medium layer, and perlite or vermiculite may be used as the absorbent.

한편, 상기 철분 및 알루미나는 이온교환을 통해 하천수의 인을 제거하는 역할을 한다. 상기 철분은 철 함유량이 90% 이상인 철 분말이며, 폐철 등을 분쇄하여 사용할 수 있다. 상기 알루미나는 일정 입경의 알루미나 분말을 사용할 수 있다. Meanwhile, the iron and alumina serve to remove phosphorus in the river water through ion exchange. The iron powder is an iron powder having an iron content of 90% or more, and pulverized iron can be pulverized. The alumina may be alumina powder having a predetermined particle size.

상기 철분과 알루미나 모두 이온교환을 통해 하천수의 인을 제거한다는 점에서 기능상 유사점이 있으나, 상기 철분과 알루미나는 인 이온교환 특성이 서로 상이하며, 철분과 알루미나 중 어느 하나만이 복합여재층에 혼합되는 경우 인 제거효율이 저하되는 현상이 발생된다. 도 3a는 복합여재층에 철분만이 혼합된 경우의 인 제거특성을 나타낸 것이고, 도 3b는 복합여재층에 알루미나만이 혼합된 경우의 인 제거특성을 나타낸 것이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 철분만이 혼합된 복합여재층의 경우 시간의 경과에 따라 인 제거량의 변동폭이 매우 큼을 알 수 있으며, 알루미나만이 혼합된 복합여재층의 경우 초기에는 인 제거량이 크나 시간의 경과에 따라 인 제거량이 급격하게 감소함을 알 수 있다. 또한, 철분만이 혼합된 경우 및 알루미나만이 혼합된 경우 모두 약 200시간이 경과되면 복합여재층의 인 제거능이 실질적으로 상실된다. The iron and alumina have functional similarities in that phosphorus in the river water is removed through ion exchange. However, when the iron and alumina have different phosphorus ion exchange characteristics and only one of iron and alumina is mixed in the complex media Phosphorus removal efficiency is lowered. FIG. 3A shows phosphorus removal characteristics when only iron powder is mixed in the composite filter medium layer, and FIG. 3B shows phosphorus removal characteristics when only alumina is mixed in the composite filter medium layer. 3A and 3B, it can be seen that the variation of the phosphorus removal amount is very large in the case of the composite media layer in which only iron powder is mixed, and in the case of the composite media layer in which only alumina is mixed, It can be seen that the amount of phosphorus removal sharply decreases with elapse of time. In addition, when only iron powder is mixed and only alumina is mixed, the phosphorus removal ability of the composite media is substantially lost when about 200 hours have elapsed.

반면, 철분과 알루미나를 함께 복합여재층에 혼합한 경우 도 4에 도시한 바와 같이 약 600시간 경과할 때까지 복합여재층의 인 제거능이 유지됨을 알 수 있으며, 일정 시간의 휴지기 후 재가동한 경우에도 일정 수준의 인 제거능이 발휘됨을 확인할 수 있다. On the other hand, when iron and alumina were mixed together in the composite media layer, the phosphorus removal performance of the composite media layer was maintained until 600 hours elapsed as shown in FIG. 4, It can be confirmed that a certain level of phosphorus removal ability is exhibited.

이와 같은 실험결과에 근거하여, 철분과 알루미나가 각각 단독으로 복합여재층에 혼합되는 것보다 철분과 알루미나가 일정 비율로 혼합된 복합여재층의 인 제거특성이 우수함을 알 수 있으며, 철분과 알루미나가 모두 혼합된 복합여재층의 경우 철분의 인 제거특성과 알루미나의 인 제거특성이 상호 보완하는 것으로 유추된다. 구체적으로, 알루미나 함유 복합여재층은 초기의 인 제거특성은 우수하나 일정 시간 경과 후 인 제거특성이 저하되는 특성을 갖고 있고, 알루미나 함유 복합여재층은 초기의 인 제거특성은 나쁘나 시간의 경과에 따라 변동폭은 크지만 일정 주기 관점에서는 일정한 인 제거특성을 나타내는 바, 철분과 알루미나가 모두 혼합된 복합여재층은 두 물질의 인 제거특성의 단점이 서로 보완된다. Based on these experimental results, it can be seen that the phosphorus and alumina are superior to phosphorus and alumina in that the iron and alumina are mixed in a certain ratio, In the case of the mixed media, it is assumed that the phosphorus removal characteristics and the phosphorus removal characteristics are complementary to each other. Specifically, the alumina-containing composite filter media layer has excellent initial phosphorus removal characteristics but has a characteristic that the removal characteristics after a certain time have deteriorated. In the alumina-containing complex media material layer, the initial phosphorus removal characteristics are poor, Although the range of fluctuation is large, it shows a certain phosphorus removal characteristic from the viewpoint of a constant cycle. In the composite filter medium layer in which both iron and alumina are mixed, disadvantages of the phosphorus removal characteristics of the two materials complement each other.

이상, 복합여재층을 구성하는 세부 구성물질인 토양, 흡수제, 철분 및 알루미나(Al2O3)에 대해 설명하였는데, 상술한 구성물질 이외에 부엽토와 목탄이 복합여재층에 추가적으로 혼합될 수 있다. 부엽토는 질소 제거의 역할을 하며, 질소 제거 효율을 배가하기 위해 부엽토에 미생물을 부가할 수도 있다. 또한, 상기 목탄은 하천수 내의 악취물질을 포집하는 역할 및 상기 흡수제와 마찬가지로 하천수의 일부를 흡수하는 역할을 한다. Above, the soil, absorbent, iron powder and alumina (Al 2 O 3 ) which are the detailed constituent materials constituting the composite media layer have been described. In addition to the above-mentioned constituent materials, the humus and charcoal can be further mixed into the composite media layer. Humus plays a role of nitrogen removal and microorganism can be added to the humus to double nitrogen removal efficiency. The charcoal also plays a role of collecting odorous substances in the river water and absorbs a part of the river water like the absorbent.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합여재층은 다음과 같은 조합비로 이루어진다. 복합여재층의 전체 부피 대비 토양은 65∼80vol%, 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%의 비율로 혼합된다. 또한, 복합여재층의 전체 부피 대비 부엽토와 목탄이 15∼25vol%의 비율로 혼합될 수 있다. Meanwhile, the composite media layer according to one embodiment of the present invention has the following combination ratio. Soils are mixed at a ratio of 65 ~ 80vol%, absorbent is 3 ~ 7vol%, iron is 1 ~ 5vol% and alumina is 3 ~ 7vol% with respect to the total volume of the composite media. In addition, the total volume of the composite filter medium layer and the charcoal can be mixed in a ratio of 15 to 25 vol%.

상기 조합비에 있어서, 상기 흡수제, 철분 및 알루미나의 혼합 비율은 복합여재층의 인 제거특성을 결정하는 주요 인자로 작용한다. 하천수의 인을 제거하기 위해서는 복합여재층으로의 하천수 유도가 선행되어야 하며, 이를 위해 흡수제가 3∼7vol%의 비율로 혼합되는데, 흡수제가 3vol% 이하이면 복합여재층 내에 흡수되는 하천수의 양이 작아지며 흡수제가 7vol% 이상이면 복합여재층 내에서의 하천수 투수가 급격히 진행되어 인 제거특성이 저하된다. 또한, 1∼5vol%의 부피비로 혼합되는 철분의 경우, 1vol% 이하이면 철분에 의한 이온교환이 미미하고 5vol% 이상 혼합되면 도 1에 도시한 바와 같이 인 제거특성에 변동폭이 커지게 된다. 마지막으로, 3∼7vol%로 혼합되는 알루미나의 경우, 3vol% 이면 알루미나에 의한 초기 인 제거특성이 저하되며 7vol% 이상으로 혼합되면 복합여재층의 인 제거능이 빠른 시간 내에 상실되는 문제점이 발생한다. 한편, 부엽토와 목탄은 그 합이 복합여재층 전체 부피 대비 15∼25vol%의 비율로 혼합되는데, 15∼25vol%의 비율 내에서 부엽토와 목탄의 부피비를 선택적으로 조절할 수 있다. In the combination ratio, the mixing ratio of the absorbent, iron powder and alumina serves as a main factor for determining the phosphorus removal property of the composite media. In order to remove the phosphorus in the stream water, the river water should be introduced into the composite media layer. To this end, the absorbent is mixed at a ratio of 3 to 7 vol%. When the absorbent is 3 vol% or less, And when the amount of the absorbent is 7 vol% or more, the permeability of the stream water in the composite media is drastically increased to deteriorate the phosphorus removal property. Further, in the case of the iron powder mixed at a volume ratio of 1 to 5 vol%, the ion exchange by the iron powder is insignificant when the amount is 1 vol% or less, and when the amount is 5 vol% or more, the fluctuation in the phosphorus removal characteristic becomes large as shown in Fig. Finally, in the case of alumina mixed at 3 to 7 vol%, the initial phosphorus removal performance by alumina is lowered at 3 vol%, and if the phosphorus is mixed at 7 vol% or more, the phosphorus removal ability of the composite media is quickly lost. On the other hand, the total amount of humus and charcoal is mixed at a ratio of 15 to 25 vol% to the total volume of the composite filter medium, and the volume ratio of humus and charcoal can be selectively controlled within the range of 15 to 25 vol%.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양블록에 대해 설명하였다. 다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양블록을 이용한 하천수질 정화장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다. The soil block according to one embodiment of the present invention has been described above. Next, an apparatus and a method for purifying river water using a soil block according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양블록을 이용한 하천수질 정화장치는 투수여재층(110)과 복수의 토양블록(120)을 포함하여 이루어진다. 일정 공간 내에 복수의 토양블록(120)이 상하 및 좌우로 이격된 형태로 배치되며, 남은 공간에 투수여재층(110)이 채워지는 형태를 이룬다. 달리 표현하여, 수직 방향으로 투수여재층(110)과 토양블록(120)이 교번하여 적층된 형태라 할 수 있으며, 토양블록(120)과 토양블록(120) 사이의 공간에는 투수여재층(110)이 구비된다. 상기 토양블록(120)은 도 1을 참조하여 설명한 상술한 토양블록(120)과 동일한 구성을 이루며, 수직으로 이웃하는 토양블록(120)들은 서로 일정 부분 중첩되는 형태로 구비된다. Referring to FIG. 2, the apparatus for purifying a river water using a soil block according to an embodiment of the present invention includes a permeable filter medium layer 110 and a plurality of soil blocks 120. A plurality of soil blocks 120 are arranged in a predetermined space so as to be spaced vertically and horizontally, and the permeable material layer 110 is filled in the remaining space. The permeable material layer 110 and the soil block 120 may be alternately stacked in the vertical direction and the permeable material layer 110 may be formed in a space between the soil block 120 and the soil block 120. [ . The soil block 120 has the same structure as the soil block 120 described with reference to FIG. 1, and vertically neighboring soil blocks 120 are partially overlapped with each other.

상기 투수여재층(110)은 하천수 내에 포함되어 있는 총고형물(SS)과 일부의 인을 제거함과 함께 토양블록(120)으로 하천수를 공급하는 역할을 하며, 상기 토양블록(120)은 상술한 바와 같이 하천수 내의 인을 제거하는 역할을 한다. 토양블록(120) 내에 미생물을 구비시키는 구성을 통해 질소 제거도 가능함은 물론이다. The permeable filter media layer 110 serves to remove total solids SS contained in the river water and a part of phosphorus and to supply the river water to the soil block 120. The soil block 120 has the above- It also serves to remove the phosphorus in the river water. Nitrogen removal is also possible through the construction of providing microorganisms in the soil block 120.

또한, 상기 투수여재층(110)은 상기 토양블록(120)의 낮은 투수성을 보완하여 처리용량을 늘리는 역할을 수행하며, 이를 위해 상기 투수여재층(110)을 구성하는 여재는 1∼5mm의 입경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 투수여재층(110)은 마사토, 활성탄, 제올라이트(zeolite), 퍼라이트(perlite), 부식토, 슬래그(slag) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. The permeable material layer 110 serves to compensate for the low permeability of the soil block 120 to increase the processing capacity. For this purpose, the permeable material layer 110 is formed to have a size of 1 to 5 mm It is preferable to have a particle diameter. The permeable material layer 110 may be formed of any one of masato, activated carbon, zeolite, perlite, corrosion-resistant material, slag, or a mixture thereof.

한편, 상기 투수여재층(110)의 최상단에는 하천수 분배관(130)이 구비된다. 상기 하천수 분배관(130)은 상기 투수여재층(110)의 최상단의 전면 상에 격자 형태로 배치되어 하천수를 투수여재층(110)에 공급하는 역할을 한다. 또한, 하천수 분배관(130)이 투수여재층(110)의 최상단에 격자 형태로 구비됨에 따라, 격자 형태에 의해 구분되는 각 영역에 선택적으로 하천수를 공급할 수 있으며, 이를 통해 특정 영역의 운전 및 휴지를 제어할 수 있게 된다. On the other hand, a stream water distribution pipe 130 is provided at the uppermost part of the permeable filter medium layer 110. The stream water distribution pipe 130 is disposed in a lattice form on the uppermost surface of the permeable media layer 110 to supply the stream water to the permeable media layer 110. In addition, since the river water distribution pipe 130 is provided in the form of a lattice at the top of the permeable filter medium layer 110, it is possible to selectively supply the river water to each region divided by the lattice form, As shown in FIG.

투수여재층(110)과 토양블록(120)의 적층 구조의 하단에는 집수조(140)가 구비되며, 투수여재층(110)과 토양블록(120)을 거쳐 최종 처리된 처리수는 상기 집수조(140)에 집수된다. 상기 집수조(140)에 집수된 처리수는 집수관을 통해 하천으로 이송된다. 한편, 투수여재층(110)과 토양블록(120)의 설치 위치가 지하수위보다 낮거나 지하수와의 격리가 요구되는 경우, A water collecting tank 140 is provided at the lower end of the laminated structure of the water permeable filter medium layer 110 and the soil block 120 and treated water finally treated through the water permeable filter medium layer 110 and the soil block 120 is collected in the water collecting tank 140 ). The treated water collected in the water collecting tank (140) is transferred to a river through a collector pipe. On the other hand, when the installation positions of the water permeable filter medium layer 110 and the soil block 120 are lower than the ground water level,

투수여재층(110)과 토양블록(120)의 적층 구조의 둘레 및 바닥에는 콘크리트 또는 투수계수가 극히 낮은 점토층으로 이루어진 차폐벽이 구비되는데, 이 경우 투수여재층(110)과 토양블록(120)의 적층 구조의 하단에는 자갈층이 구비되며 상기 자갈층이 집수조(140)의 역할을 한다. The permeable material layer 110 and the soil block 120 are provided at the periphery and bottom of the laminated structure of the permeable material layer 110 and the soil block 120. In this case, A gravel layer is provided at the lower end of the laminated structure of the gravel layer 140, and the gravel layer serves as a water collecting vessel 140.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양블록 및 이를 이용한 하천수질 정화장치의 인 제거특성을 설명하기로 한다. Next, the phosphorus removal characteristics of the soil block and the river water quality purification apparatus using the soil block according to an embodiment of the present invention will be described.

아래의 표 1은 철분과 알루미나가 각각 단독으로 복합여재층에 혼합된 경우의 복합여재층 조합비를 나타낸 것이고, 도 3a 및 도 3b는 철분과 알루미나가 각각 단독으로 복합여재층에 혼합된 경우의 토양블록의 인 제거특성을 나타낸 것이다. 도 3a 및 도 3b의 실험에 있어서, 유입수의 인 농도는 0.8mg/L이며 도 3a 및 도 3b의 Y축은 토양블록으로부터 배출되는 유출수의 인 농도를 의미한다.
Table 1 below shows the composition ratio of the composite media in the case where iron and alumina are mixed in the composite media layer alone, and Figs. 3a and 3b are graphs showing the combination ratio of iron and alumina in the composite media And the phosphor removal characteristics of the block. In the experiments of FIGS. 3A and 3B, the phosphorus concentration of the influent water is 0.8 mg / L, and the Y axis of FIG. 3A and FIG. 3B represents the phosphorus concentration of the effluent discharged from the soil block.

철분과 알루미나가 단독 혼합된 복합여재층의 조합비 - L(%)Combination ratio of composite media with iron and alumina alone - L (%) 마사토Masato 부엽토Humus 목탄Charcoal 퍼라이트Purite 철분iron content 알루미나Alumina
(MM)(MM) ⅠⅠ 1.022(73)1.022 (73) 0.18(12)0.18 (12) 0.12(8)0.12 (8) 0.075(5)0.075 (5) 0.03(2)0.03 (2) -- ⅡⅡ 0.99(71)0.99 (71) 0.18(12)0.18 (12) 0.12(8)0.12 (8) 0.075(5)0.075 (5) 0.06(4)0.06 (4) -- ⅢⅢ 0.96(69)0.96 (69) 0.18(12)0.18 (12) 0.12(8)0.12 (8) 0.075(5)0.075 (5) 0.09(6)0.09 (6) -- ⅣIV 0.975(70)0.975 (70) 0.18(12)0.18 (12) 0.12(8)0.12 (8) 0.075(5)0.075 (5) -- 0.075(5)0.075 (5) ⅤV 0.905(65)0.905 (65) 0.18(12)0.18 (12) 0.12(8)0.12 (8) 0.075(5)0.075 (5) -- 0.15(10)0.15 (10)

도 3a를 참조하면, 철분 함유량이 2, 4, 6vol%로 혼합되었을 때 공히 초기의 인 제거특성이 우수하지 않으며, 시간의 경과에 따라 인 농도의 변동폭이 매우 큼을 알 수 있다. 또한, 도 3b를 참조하면, 알루미나 함유량이 5vol%로 혼합되었을 때와 10vol%로 혼합될 때 모두 초기의 인 제거특성은 우수하나 200시간 경과 후 인 제거능이 상실되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3A, when the iron content was 2, 4, or 6 vol%, the initial phosphorus removal characteristics were not excellent, and the fluctuation of the phosphorus concentration was very large over time. Also, referring to FIG. 3B, it can be seen that when the alumina content is mixed at 5 vol% and 10 vol%, the initial phosphorus removal characteristics are excellent, but the phosphorus removal ability is lost after 200 hours.

다음으로, 아래의 표 2는 철분과 알루미나가 함께 복합여재층에 혼합된 경우의 복합여재층 조합비를 나타낸 것이고, 도 4는 철분과 알루미나가 함께 복합여재층에 혼합된 경우의 토양블록의 인 제거특성을 나타낸 것이다. 도 4의 실험은 도 3a 및 도 3b의 실험과 동일한 조건에서 진행되었다.
Next, Table 2 below shows the composition ratio of the composite media in the case where iron and alumina are mixed together in the composite media layer, and FIG. 4 is a graph showing the combination ratio of the iron and alumina in the composite media Respectively. The experiment of FIG. 4 was conducted under the same conditions as the experiment of FIGS. 3A and 3B.

철분과 알루미나가 함께 혼합된 복합여재층의 조합비 - L(%)Combination ratio of composite media with mixed iron and alumina - L (%) 마사토Masato 부엽토Humus 목탄Charcoal 퍼라이트Purite 철분iron content 알루미나Alumina
(MM)(MM) AA 1(67)1 (67) 0.18(12)0.18 (12) 0.12(8)0.12 (8) 0.075(5)0.075 (5) 0.015(1)0.015 (1) 0.105(7)0.105 (7) BB 1(67)1 (67) 0.18(12)0.18 (12) 0.12(8)0.12 (8) 0.075(5)0.075 (5) 0.030(2)0.030 (2) 0.090(6)0.090 (6) CC 1(67)1 (67) 0.18(12)0.18 (12) 0.12(8)0.12 (8) 0.075(5)0.075 (5) 0.045(3)0.045 (3) 0.075(5)0.075 (5) DD 1(67)1 (67) 0.18(12)0.18 (12) 0.12(8)0.12 (8) 0.075(5)0.075 (5) 0.060(4)0.060 (4) 0.060(4)0.060 (4) EE 1(67)1 (67) 0.18(12)0.18 (12) 0.12(8)0.12 (8) 0.075(5)0.075 (5) 0.075(5)0.075 (5) 0.045(3)0.045 (3)

도 4를 참조하면, 철분과 알루미나가 모두 혼합된 복합여재층의 경우, 철분과 알루미나가 단독으로 혼합되었을 때보다 약 3배 이상 인 제거효율이 증가됨을 확인할 수 있다. 또한, 2주간의 휴지기 후 C, D, E 복합여재층을 재가동한 결과 20∼30%의 인 제거효율이 500시간 이상 지속됨을 확인할 수 있었으며, 특히 철분과 알루미나가 각각 4vol%로 혼합된 복합여재층의 경우 인 제거특성이 가장 우수하게 나타났다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the removal efficiency of the composite material layer in which both iron and alumina are mixed is increased by about 3 times or more as compared with the case where iron and alumina are mixed alone. Also, it was confirmed that the phosphorus removal efficiency of 20 ~ 30% was maintained for over 500 hours after restarting the C, D, and E composite media layers after 2 weeks' rest period. Especially, The removal characteristics of the layer were the best.

도 5는 철분과 알루미나가 각각 4vol%로 혼합된 토양블록을 3단과 5단의 형태로 배치한 경우의 인 제거특성을 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 3단 토양블록의 경우 1600시간을 운전하여도 40% 이상의 인 제거효율을 나타내었으며, 5단 토양블록의 경우 1200시간 이상 운전한 결과 60% 이상의 인 제거효율을 나타내었다.
FIG. 5 is a graph showing phosphorus removal characteristics when a soil block in which iron and alumina are mixed at 4 vol% is disposed in the form of a three-stage and a five-stage. Referring to FIG. 5, the three-stage soil block showed a phosphorus removal efficiency of 40% or more even after 1600 hours of operation. In the case of the 5-stage soil block, the phosphorus removal efficiency was 60% or more as a result of operation for 1200 hours or more.

110 : 투수여재층 120 : 토양블록
130 : 하천수 분배관 140 : 집수조110: permeable media layer 120: soil block
130: Stream water distribution pipe 140: Water collecting tank

Claims (8)

다공성 상자; 및
상기 다공성 상자 내에 구비되는 복합여재층을 포함하여 이루어지며,
상기 복합여재층은 토양, 흡수제, 철분 및 알루미나를 포함하여 구성되며,
상기 복합여재층의 전체 부피 대비 상기 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 토양블록.
Porous box; And
And a composite filter medium layer provided in the porous box,
The composite filter medium layer comprises a soil, an absorbent, iron powder and alumina,
Wherein the absorbent agent is mixed in an amount of 3 to 7 vol%, 1 to 5 vol% of iron powder, and 3 to 7 vol% of alumina, based on the total volume of the composite filter medium layer.
제 1 항에 있어서, 상기 복합여재층은 토양, 흡수제, 철분, 알루미나, 부엽토 및 목탄을 포함하여 구성되며,
상기 복합여재층의 전체 부피 대비 토양은 65∼80vol%, 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%, 상기 부엽토와 목탄의 합은 15∼25vol%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 토양블록.
The method according to claim 1, wherein the composite filter medium layer comprises a soil, an absorbent, iron powder, alumina, humus, and charcoal,
The mixed media is mixed at a ratio of 65 to 80 vol% of soil, 3 to 7 vol% of absorbent, 1 to 5 vol% of iron powder, 3 to 7 vol% of alumina, 15 to 25 vol% of the humus and charcoal, Lt; / RTI >
제 1 항에 있어서, 상기 흡수제는 퍼라이트 또는 질석인 것을 특징으로 하는 토양블록.
The soil block according to claim 1, wherein the absorbent is perlite or vermiculite.
일정 공간 내에 상하 및 좌우로 이격, 배치된 복수의 토양블록;
상기 토양블록을 감싸는 형태로 공간 내에 채워진 투수여재층; 및
상기 투수여재층의 최상단의 전면 상에 격자 형태로 배치되어 하천수를 공급하는 하천수 분배관을 포함하여 이루어지며,
상기 토양블록은 복합여재층을 구비하며,
상기 복합여재층은 토양, 흡수제, 철분 및 알루미나를 포함하여 구성되며,
상기 복합여재층의 전체 부피 대비 상기 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 토양블록을 이용한 하천수질 정화장치.
A plurality of soil blocks spaced vertically and horizontally in a predetermined space;
A permeable material layer filled in the space in the form of wrapping the soil block; And
And a stream water distribution pipe arranged in a lattice form on the uppermost surface of the permeable filter medium layer to supply the river water,
The soil block has a composite media layer,
The composite filter medium layer comprises a soil, an absorbent, iron powder and alumina,
Wherein the absorbent agent is mixed in an amount of 3 to 7 vol%, 1 to 5 vol% of iron powder, and 3 to 7 vol% of alumina, based on the total volume of the composite filter medium layer.
제 4 항에 있어서, 상기 복합여재층은 토양, 흡수제, 철분, 알루미나, 부엽토 및 목탄을 포함하여 구성되며,
상기 복합여재층의 전체 부피 대비 토양은 65∼80vol%, 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%, 상기 부엽토와 목탄의 합은 15∼25vol%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 토양블록을 이용한 하천수질 정화장치.
[5] The method of claim 4, wherein the composite filter medium layer comprises a soil, an absorbent, iron powder, alumina, humus, and charcoal,
The mixed media is mixed at a ratio of 65 to 80 vol% of soil, 3 to 7 vol% of absorbent, 1 to 5 vol% of iron powder, 3 to 7 vol% of alumina, 15 to 25 vol% of the humus and charcoal, Wherein the soil water is pumped by the soil block.
제 4 항에 있어서, 상기 흡수제는 퍼라이트 또는 질석인 것을 특징으로 하는 토양블록을 이용한 하천수질 정화장치.
[5] The apparatus of claim 4, wherein the absorbent is perlite or vermiculite.
제 4 항에 있어서, 상기 투수여재층은 마사토, 활성탄, 제올라이트(zeolite), 펄라이트(perlite), 부식토, 슬래그(slag) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양블록을 이용한 하천수질 정화장치.
The water permeable filter material according to claim 4, wherein the permeable filter medium layer is formed of any one of a mixture of marathon, activated carbon, zeolite, perlite, corrosion, slag, or a mixture thereof. Purification device.
일정 공간 내에 상하 및 좌우로 이격, 배치된 복수의 토양블록과, 상기 토양블록을 감싸는 형태로 공간 내에 채워진 투수여재층을 포함하여 구성되는 하천수질 정화장치를 이용한 하천수질 정화방법에 있어서,
상기 하천수질 정화장치에 하천수가 공급되면 상기 투수여재층에 의해 하천수 내에 포함되어 있는 총고형물이 제거되고, 상기 토양블록에 의해 하천수의 인이 제거되며,
상기 토양블록은 복합여재층을 구비하며, 상기 복합여재층은 토양, 흡수제, 철분, 알루미나, 부엽토 및 목탄을 포함하여 구성되며, 상기 복합여재층의 전체 부피 대비 토양은 65∼80vol%, 흡수제는 3∼7vol%, 철분은 1∼5vol%, 알루미나 3∼7vol%, 상기 부엽토와 목탄의 합은 15∼25vol%의 비율로 혼합되며,
하천수의 인은 상기 철분과 알루미나와 이온교환되어 제거되는 것을 특징으로 하는 토양블록을 이용한 하천수질 정화방법.A method for purifying a river water using a river water quality purification apparatus comprising a plurality of soil blocks spaced vertically and horizontally in a predetermined space and a permeable filter medium layer filled in the space in the form of surrounding the soil block,
When the river water is supplied to the river water quality purification apparatus, the total solid matter contained in the river water is removed by the permeable filter medium layer, the phosphorus of the river water is removed by the soil block,
The soil block comprises a composite filter medium layer, wherein the composite filter medium layer comprises soil, an absorbent, iron powder, alumina, humus, and charcoal. The total volume of the composite filter media is 65 to 80 vol% 3 to 7 vol% of iron, 1 to 5 vol% of iron, 3 to 7 vol% of alumina, 15 to 25 vol% of the sum of the humus and charcoal,
Wherein the phosphorus in the river water is ion-exchanged with the iron and alumina.
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