수질정화 식물 원리 - sujiljeonghwa sigmul wonli

수질 정화에 주로 사용되는 수생식물
○ 갈대, 부들 : 뿌리가 잘 발달되었으며 밀집 생장하여 미생물의 부착매질로 미생물의 양호한 서식처를 제공하며 통기조직을 통해 산소를 공급하여 유기물 분해 및 탈질 등의 작용을 유도하나, 체내의 질소, 인 함량이 낮고 성장속도가 낮아 질소, 인 등 영양염류 흡수능력은 적으며 수처리 후 수거가 어려운 단점이 있다.
○ 개구리밥 : 생체량이 적고 뿌리조직이 잘 발달되지 않아 영양물질 제거능력이 상대적으로 떨어진다.
○ 미나리 : 내한성이 크며 수확 후 식용이 가능한 장점이 있다.
○ 부레옥잠 : 전반적으로 수처리에 아주 우수한 수생식물이나 과밀하게 성장한 경우 수체에 공기 유통을 차단하여 용존산소를 결핍시키며 내한성이 낮아 겨울철 재배가 어려운 단점이 있다.
2.정화원리 및 역활
식물의 뿌리가 질소와 인을 흡수하는 기능과 습지 내에 사는 탈질균에 의한 탈질, 유속저하에 의한 침전의 세가지 원리에 의한다. 질소와 인을 흡수하는 과정은 수생식물의 뿌리와 줄기에서 토양에 침전, 흡착된 인과 질소를 영양분으로 흡수한다. 탈질, 흡착에 의한 제거과정은 습지에 존재하는 탈질균이 수중의 탈질작용을 촉진한다. 또 토양은 인을 흡착하는 작용이 있다. 줄기와의 접촉에 의한 침전과정은 유수가 줄기와 접촉할 때 오염물질이 침전퇴적한다. 수생식물의 밀집지대에서는 침전효율이 높아 유수로부터 오염물질을 제거하는 효과가 크다. 개구리밥은 물위에 떠다니기에 편하도록 달걀모양의 잎을 가지고 있으며, 뿌리로 유기물을 고정하고 물 속의 미네랄 물질을 가지고 있으며, 뿌리로 유기물을 고정하고 물 속의 미네랄 물질을 흡수하여 성장한다. 부레옥잠은 햇빛을 받아 광합성을 함으로서 생산된 산소를 수중에 공급하고 특히 개구리밥과 함께 질소와 인산화물을 뿌리를 통해 흡수함으로서 수질을 정화할 뿐만 아니라 영양물질로 인한 영양염류의 대량발생을 방지하는 역할이 크다. 정수식물인 갈대는 수질로부터 영양물질과 중금속을 제거하고 다른 수생식물에 비해 키가 크게 자라서 바람막이가 되어줌으로서 수생동물들의 안식처를 제공한다.

수생식물을 이용한 수질정화기술

Ⅰ. 서 론
식물을 이용한 수질정화법은 분명 새로운 기술은 아니다. 수환경을 개선하는 생물의 능동적 반작
용은 일찍부터 자연정화의 하나로 인식되어 왔으나 그 기능을 인위적으로 극대화하려는 시도는 1950
년대 말 이후에 구체화되었다. 이러한 생태공학적 기술은 넓은 의미로는 폐하수처리를 통한 오염원관
리(source control) 기술과 자연수면에서의 생물관리(biomanipulation) 기술로 대별된다.
식물을 이용한 수질정화법은 시설비 및 유지관리비가 저렴하고 운전관리가 용이한 에너지 절약형
처리기술이다. 또한 1960년대에 부상된 이후 기존의 물리화학, 미생물학적 유기물처리의 보완, 영
양물질에 대한 고도처리, 수질정화와 친수효과를 겸한 습지 biotope, 실내 공기오염의 정화 등에 광
범위하게 적용되어 왔다. 국내에서는 주로 부레옥잠을 중심으로 pilot-plant 규모의 폐하수처리, 오
염된 저수지나 호수의 직접정화 등에 적용되어 왔으나 부지확보와 기후적 제약, 수확물의 처리와 같
은 제반 문제가 뒤따르고 있다.
본 레포트에서는 주로 수생식물에 의한 수처리에 대한 기술동향을 고찰하고자 한다.
Ⅱ. 배경 및 과학적 기초
대형 수생식물에 의한 수처리 시스템에서의 수질개선은 다음과 같은 식물과 미생물 및 저서생물(수저
(水底)에서 살고 있는 생물)간의 상호 공생 및 상승작용을 통해 이루어진다.
① 대형수생식물의 근계(root system)는 미생물의 매질이 됨.
② 근계는 입자성물질을 전기적으로 혹은 기계적으로 흡착시켜 미생물의 먹이원을 제공함.
③ 통기조직을 통해 산소를 근계로 전달시켜 미생물의 유기물 분해활동을 촉진하며, 혐기조건의 근계
에서 질산화를 유도하여 탈질을 촉진함.
④ 미생물의 유기물분해를 통해 생성된 영양염류는 식물의 영양원이 되며, 식물이 합성한 유기물과
대사물질은 다시 미생물의 먹이원이 됨.
⑤ 중금속이나 방사성물질을 흡수하며, 때로 유기물질을 직접 흡수하여 효소 대사함.
⑥ 저서성 섭식소비자에 서식처를 제공하여 유기물질의 쇄설과 분해를 촉진시키며 무기화된 영양물질
은 재흡수함.
⑦ 식물체 유기물의 공급, 산소 공급으로 낮은 부하에서 미생물의 buffer system이 됨.
Ⅲ. 수생식물을 이용한 정화 원리
하천 유입부에 갈대, 부들 등의 수초대를 조성하고 이들 수생식물들에 의한 자연적인 정화기능을 이
용하여 하천수의 수질을 정화하는 방법이다. 갈대밭을 이용한 정화기능은 수생식물에 의한 오염물질의
흡수작용 이외에 수생식물의 줄기나 잎의 주변에 부착된 생물막과 저질계면에서의 흡착, 질산화, 탈
질, 분해 등의 복합된 작용에 의하여 나타난다. 수초대를 조성하여 수질을 정화하는 방법은 수생식물
을 이용하기 때문에 특히, 질소, 인의 제거능력이 높다. 수질정화에 이용되는 식물로는 갈대, 부들 등
의 정수식물, 마름, 수련 등의 부엽식물 등, 각종 수생식물이 있으며 습지에서 행해지는 유입하천 정
화에는 갈대가 많이 이용되고 있다.
식생정화법의 기본적인 정화메카니즘은 식물의 뿌리가 질소와 인을 흡수하는 기능과 습지 내에 사
는 탈질균에 의한 탈질, 유속저하에 의한 침전의 세가지 원리에 의한다. 질소와 인을 흡수하는 과정
은 수생식물의 뿌리와 줄기에서 토양에 침전, 흡착된 인과 질소를 영양분으로 흡수한다. 탈질, 흡착
에 의한 제거과정은 습지에 존재하는 탈질균이 수중의 탈질작용을 촉진한다. 또 토양은 인을 흡착하
는 작용이 있다. 줄기와의 접촉에 의한 침전과정은 유수가 줄기와 접촉할 때 오염물질이 침전퇴적한
다. 수생식물의 밀집지대에서는 침전효율이 높아 유수로부터 오염물질을 제거하는 효과가 크다.

Ⅳ. 수질정화용 식물
수질정화에 이용되어 왔던 식물은 식생형태에 따라 정수식물인 갈대와 부들류를 비롯하여 부수식
물인 부레옥잠이나 미나리, 개구리밥에 이르기까지 다양하다. 각 식물은 오염물질의 흡수, 제거능과
재배관리, 수집, 운반의 용이성 및 재이용성에 따라 서로 다른 장단점을 가지고 있으므로 처리대상과
처리장소의 조건에 따라 적용이 제한된다. 대체로 정수식물은 근대의 발달도가 높고 밀생하여 미생물
에 대한 부착매질로서 양호한 조건을 제공해 주고 통기조직을 통한 산소의 공급을 통해 유기물의 분
해나 탈질을 유도함에 비하여 체내의 질소, 인 함량이 적고 성장속도가 낮아 영양염류의 흡수능은 미
약하며, 수거가 어려운 반면 사료나 비료로서의 이용성은 크다. 부수식물의 부레옥잠은 모든 부분에
서 수처리에 적합한 식물이나 과밀하게 성장된 경우는 수표면에서 공기와의 산소유통을 차단하여 용
존산소를 결핍시키며, 내한성이 낮아 국내의 자연수역에서는 적용이 시기적으로 제한적이고 수분함량
이 높아 운반이 쉽지 않다. 이에 반해 좀개구리밥은 상기한 문제점을 갖지 않으나 생체량이 적고 근
대발달이 적어 제거능이 상대적으로 떨어진다. 정수식물인 미나리는 정수식물과 부수식물의 중간수준
의 장점을 가지며 내한성이 커서 국내의 기후조건에 매우 적합할 뿐만 아니라 처리대상수가 중금속
등 유해물질을 포함하지 않으면 식용이 가능하므로 적용성이 매우 높은 식물이다. 부엽식물과 침수식
물은 자연습지에서 다양한 영양구조의 한 구성원으로서 중요한 역할을 하나 수처리용 식물로는 효과
가 적다. 대체로 갈대나 부들류는 주로 유기물 제거에 적합하며, 자연적인 기후조건하에서 유기물 및
영양염류 제거에는 미나리나 좀개구리밥이 적합하고, 온실조건이나 기온이 온화한 시기의 자연조건에
서는 부레옥잠이 적합하다.

Ⅴ. 수생식물을 이용한 정화 효과

수생식물을 식재한 정화법의 기본적인 메커니즘을 살펴보면 식물체의 질소인 흡수작용에 의한 제
거, 뿌리부분에 부착된 생물막의 필터역할에 의한 유기물 영양염류의 분해제거에 의존한다. 또한
일반적인 처리시설에 비해 고도의 운전관리가 요구되지 않는 반면에 넓은 부지면적이 필요하고 고부
하에 적용할 수 없다는 점 등 효율면에서 단점을 가지고 있다. 그러나 꽃이 피기도 하고 퇴비로서의
환원도 가능할 것으로 기대되므로 자원순환, 환경공생을 배려한 적용을 통해 수질개선 이외의 부차적
인 효과를 발휘하게 된다. 실제로는 식물체의 질소․인 흡수작용에 의한 제거효과를 기대하면서 적
용하는 경우가 많고 습지와 수로, 재배지 등을 이용하여 친수기능과 조화를 이루는 고도처리법으로
평가받고 있다.

국가별의 출원 분포를 살펴보면 일본의 출원 건수가 전체의 50% 이상을 차지하고, 다음으로 한국이
31%, 미국, 유럽 순으로 나타난 것을 알 수 있다.

2) 연도별 출원 추이
연도별 출원 추이는 1980년대부터 증가하는 추세를 보이고 1996-2000년에 가장 많은 출원을 보였으
며, 2001년 이후로 감소하게 나타난 것은 02년까지의 공개된 자료를 가지고 분석을 했기 때문에 실제
로는 더 많이 증가한 것으로 예상된다.

3) 적용대상에 따른 분포
특허출원 건수는 비교적 오염도가 낮은 하천이나 담수의 수질정화용으로 많이 출원되고 있으며,
폐수 및 오수/분뇨 같은 고농도의 수처리에도 이용되고 있으나, 전처리나 물리적 및 화학적 처리를 거
친 다단조의 일부로써 사용되는 경우가 많다.
4) 적용방법에 따른 분포

하천이나 담수에 수생식물을 직접 식재하거나, 수생식물을 식재한 단위 반응조에서 처리하는 식생반
응조에 적용하는 경우가 가장 많이 출원되었고, 다음으로는 수생식물을 식재한 인공부도를 하천이나
담수에 띄워서 수질 정화가 가능하게 적용한 경우가 많고, 이어서 전처리나 물리적 및 화학적 처리와
병행하여 수처리하는 경우가 뒤따르고 있다.

Ⅶ. 결 론

수생식물을 이용한 수처리는 모든 처리시스템에 보편적으로 적용될 수 있는 방법이 아니어서 고농
도 폐하수의 경우엔 유입수에 대한 전처리가 요구되며, 국내의 경우 폐하수 처리장은 물론 자연수역
에서도 적절한 수생식물 정화법이 관리(온도, 수심 및 토심, 수리학적 부하 등)가 되지 않아 처리효
율이 낮고, 수확물에 대한 재이용 기술이 미비하여 처리효율의 안정성이나 지속성에 대한 평가가 되
지 않고 있어 이에 대한 체계적인 연구와 실용화가 필요하다.
수생식물을 이용한 수처리 기술은 시설비, 에너지, 그리고 전문적인 유지 관리가 거의 필요 없어서
매우 경제적이고 실용적이지만 비교적 관리가 어렵고, 성장을 마친 생물의 처리문제, 성장조건의 계
절적 제어에 따른 효율변동의 한계점을 아울러 가지고 있다. 그러나 그 개념이 자연의 순환고리에서
출발한 것이며 물리화학 및 생물학적 처리의 제한성을 보완한다는 점에서 응용가능성이 크다.

※  당사의 부들 관련 보유기술(에코엔 보유기술에가시면 자세한내용을 보실수 있습니다.)

□ 부들을 이용한 수처리 방법 및 재배된 부들의 활용 방법(부들)  - 특허 □

발명이 이루고자 하는 기술적 과제

본 발명의 목적은 수질정화처리 효율과 이용가치를 높일 수 있도록 다른 식물체와 일반 섬유 조직 특징을 가진 정수식물인 부들을 주로 이용하여 수질정화처리를 하고, 이러한 과정 중에서 생산되는 부산물인 부들을 유기성 폐기물 처리제 및 수분조절제, 유용 미생물 부영제 또는 지렁이 사육제로 활용하도록 하여 이용가치와 활용성을 높이도록 하는 데 있다.
상술한 목적 뿐만 아니라 용이하게 표출되는 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 인공습지, 하천, 인공 하천, 폐·하수처리시설의 일부 또는 상기 시설의 상류 혹은 하류에 부들 재배용 시설물을 만들고 부들을 재배하여 수처리하고, 상기 방법에서 재배되는 부들을 유기성 폐기물 처리제 및 수분조절제, 유용 미생물 부영제 또는 지렁이 사육제로 활용함으로서 축산분뇨, 농수산 부산물, 도축 부산물, 음식물 찌꺼기와 같은 유기성폐기물을 처리하여 유기질 비료와 퇴비를 제조하는 방법에 있어서 퇴비생산비용을 절감하고 퇴비생산과정에서 발생하는 악취발생을 감소시키며 통기성과 보습성이 향상된 양질의 유기질비료를 생산할 수 있도록 하며, 지렁이를 이용한 하수슬러지 처리 및 분변토를 생산 시 지렁이 생육에 활성을 주고 하수슬러지를 유용한 유기질 비료로 활용할 수 있도록 하고, 유기성 폐기물 처리를 위한 톱밥을 대체할 수분조절제로 사용할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

에코엔 보유기술에 가시면 해당기술의 자세한 내용을 보실수 있습니다

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