생물자원 육성을 위한 망사형 인공수초 및 이를 이용한 수질정화방법{an artificial water grass of guaze for bringing up a bio resources rearing and that is used to purify method of the quality of water}

본발명은 수역에서 생물 자원을 보호.육성하기 위한 망사형 인공수초 및 이를 이용한 수질 정화 방법에 관한 것으로서, 특히 부영화된 수체에 인공수초를 설치하여 수중생물에게 서식처를 제공함과 동시에 건전한 수중 생태계를 복원시켜 생물 자원을 육성하고 이를 이용하여 수질을 정화시킬 수 있도록한 것에 관한 것이다.

일반적으로 정체된 수역에서의 부영양화는 질소,인등의 영양물질이 풍부할 때 발생하며 대부분의 경우 인이 제한 요소가 된다.

수계에 유입된 인은 용해성 무기 인산염이나 유기인으로 존재하며 수중의 식물 플랑크톤인 조류나 수생식물,박테리아는 이들을 동화하여 핵산을 합성하여 생물학적 인으로 변환시킨다.

조류나 박테리아에 의한 인의 흡수 섭취는 매우 빨리 진행되어 수분내에 세포로 흡수된다.

한편, 동물 플랑크톤은 조류를 먹이로 하므로 부영양화된 수체에 많은 수의 동물 플랑크톤이 존재하면 조류는 동물 플랑크톤의 섭식으로 줄어들어 부영양화 현상은 억제된다.

그러나 부영양화된 자연 수역에서는 동물 플랑크톤이 각종 어류에게 포식되어 서식 밀도가 낮아져 그 역할을 충분히 하지 못하게 된다.

수역에는 다양한 생물이 존재하며 이들은 상호경쟁, 공생 및 먹이 연쇄에 의해 생태계의 균형이 이루어지고 있다.

그러나 환경이 바뀌면 종간의 경쟁이 영양을 받으며 환경에 유리한 종은 번식하고 불리한 종은 쇄락의 길을 걷게 된다.

수중 생태계에서 중요한 1차 생산자는 수중식물과 식물 플랑크톤이다.

이들은 상호 경쟁자의 관계에 있으며 특히 부영양화된 수역에서는 빛의 경쟁으로 수중 식물이 악영향을 받게된다.

수중 생태계에서 수중식물은 생산자의 역할과 함께 중요한 매개체로서의 역할을 하고 있다.

이들 수생식물들은 다양한 형태나 크기를 가지고 있으며 단독군락 또는 혼합하여 서식하므로 수중의 수심, 경사도, 장애물등 자연 지형과 어울려 매우 다양한 환경을 조성하여 수중의 동물들은 자신에게 적합한 수초지역 등에 서식하게 된다.

미생물, 미소동물, 어류등은 수중 식물을 근거지로번식과 먹이섭취등이 이루어지고 있어서 수초가 있는 지역은 높은 생산력과 다양한 종이 서식하는 환경이 된다.

낮은 영양상태의 호수는 물이 깨끗하고 식물 플랑크톤과 부착조류가 거의 없으며 빛은 깊은 곳까지 투과하고 물밑에는 수중식물이 자라고 있으며 무척주 동물과 어류도 다양하게 존재한다.

그러나 영양물질이 풍부해지면 1차 생산이 증가하게 되며 초기에는 수중식물이 증가하는 현상이 나타나나 시간이 지남에 따라서 유근 수중식물의 생산이 감소하게 된다.

수중식물에 있어서 영양물질의 증가에 대한 영양은 성장을 촉진하는 것이며 식물 밀도와 함께 키가 커지는 것이다.

이것으로 햇빛에 대한 경쟁을 심하시키고 개개의 식물줄기가 약해지게 되며 조류 생산량이 가속되고 이에따라 조류 사체가 침전되어 저질토에 유기물량이 많아지며 식물 줄기에 부착하여 성장하는 조류의 증식이 촉진된다.

또한 증가된 질소가 후막 조직의 감소와 줄기 강도를 약화시킨다.

이러한 결과로 식물 줄기는 무게에 비하여 약해져서 파도등의 물리적 힘에 안정성을 잃게되어 쓰러지게 된다.

이와같은 부영양화가 계속 진행됨에 따라서 침수 식물은 부착 조류및 부유성 조류와의 빛에 대한 경쟁으로 성장이 억제된다.

낮은 광도와 높은 용해물 농도에 적응을 못해 경쟁에 견디기 어려운 종은 사라지고 따라서 종의 다양성이 감소하며 종국에는 수중식물이 사라지게 된다.

이와같이 수중 식물의 상태 변화는 어류 군집에 영양을 미친다.

식물 플랑크톤(조류)을 먹고사는 동물 플랑크톤과 동물 플랑크톤을 먹고사는 어류는 모두 숨고 서식할 수 있는 수중식물 군집은 필요로 한다.

따라서 수중식물이 사라지면 수중 생태계는 다음과 같은 현상이 나타난다.

동물 플랑크톤이 자신들을 포식하는 피라미,살치,끄리,빙어,잉어 등의 포식어류와 배스,브루길스 치어들로 부터 피하여 숨을 수 있는 장소가 없어지므로 이들에게 잡아 먹혀서 동물 플랑크톤의 서식 밀도가 낮아진다.

또한 동물 플랑크톤을 포식하는 물고기들을 잡아먹는 블루길스,배스,창고기 등의 포식어류가 숨어서 기다리며 먹이를 구하는 장소가 없어지고 번식한 조류로 인해 광투과성이 나빠지고 번식한 붕어, 도미, 등이 바닥을 휘져어 투명도가 나빠져 먹이 획득이 어려워져 서식이 곤란해진다.

그 대신 동물 플랑크톤을 포식하는 잉어,빙어등이 우점하게 되어 동물 플랑크톤을 포식하므로 식물 플랑크톤의 포식압이 없어져서 대량으로 번식하여 부영양화를 촉진하게 된다.

또한 유근 식물이 사라지면 호수 바닥의 진흙 지역이 넓어지고 저서 생물을 먹고사는 잉어 붕어 도미류가 증가하여 이들이 진흙 바닥을 휘저어 투명도가 악화되어 햇빛 투과가 나빠지며 침전된 영양물질이 부상하여 조류가 재이용하여 번식하므로 수중식물은 더욱 불리한 환경이 된다.

또한 부영양화로 인한 조류의 대량 번식은 유기물의 증가를 가져오고 이들 유기물을 처리하기 위해서는 분해자인 미생물과 산소가 필요하게 된다.

유기물의 분해는 1차 분해자인 박테리아 등이 담당하며 이들은 수중에 부유상태로 존재하므로 서식 밀도가 낮다.

따라서 부영양화된 수체에서는 주간에는 조류의 광합성 작용으로 수표면 부근에 산소가 많이 있으나 분해자인 미생물수가 적어서 유기물 분해가 늦어지며 야간에는 조류와 미생물들의 호흡으로 산소가 부족하게된다.

조류는 사멸한 후 바닥에 침전하고 이들이 분해되면서 많은 산소를 소모하므로 바닥은 혐기성 상태가 된다.

이와같은 산소의 부족은 어류 및 저서 생물 모두에게 악영향을 미치게되는 문제점이 있었다.

또한 자연수초는 동절기에는 생육이 불가하며 사멸시 분해하면서 산소를 소모하는 오염원이 되며 미역, 다시마등 바다의 해초는 수온이 상승하는 하절기에 사멸하는 문제가 있었다.

따라서 부영양화된 수역에서 생태학적으로 수질을 정화하기 위해서는 조류를 섭식하는 동물 플랑크톤을 포식어류로 부터 보호하고 육성하기 위한 방안이 필요하며 또한 유기물 분해를 촉진하기 위한 산소의 공급이 필요하다.

이와같이 동물 플랑크톤을 포식어류로 부터 보호하고 육성하기 위한 방안으로 인공 수초가 필요하나 국내외적으로 이에 적합한 방법이 없는 상태이며 다만 한국 해양연구소에서 바다 목장화 사업의 일환으로 개발한 인공해초는 유연성 있고 가벼운 포리프로필렌 합성수지재로 깊이 2m, 폭 13㎜, 두께 1.3㎜의 플라스틱 벨트를 만들고 이것을 반으로 접어서 10개 단위로 옆으로 붙여서 결속 클립에 끼우고 이들 다수를 1m ×2m의 철망속에 부착시켜 해저에 설치하여 해초의 착생 매체, 치어의 은신처 등으로 이용한 것이다.

그러나 상기의 인공어초는 플라스틱판으로 이루어져 공극이 없으므로 비표면적이 적어서 미생물 서식 공간이 적고 또한 플랑크톤의 도피 공간이 판자체에는 없어서 수질 정화 효율이 적은 문제점이 있었고, 또한 가벼운 소재로 만들었으므로 부력은 있으나 해조등이 착색시에는 가라않게 되고 플라스틱판의 부착과 조립이 어려운 문제점이 있었다.

한편, 미국에서 개발된 Aquamats(미.MERIDIAN사)는 주로 양식장에 사용되고 있는 것으로서 부직포와 스폰지를 붙인 판형태의 가벼운 섬유 소재를 한쪽에 모래주머니를 만들어 모래를 채우고 나머지 부분을 좁고 길게 여러 조각으로 잘라서 수중에 설치하여 미생물이나 부착 조류가 부착토록한 것이다.

그러나 상기의 것은 공극이 있고 비표면적은 다소 커서 미생물들은 서식할 수 있으나 수초 자체에는 동물 플랑크톤이 숨을 수 있는 공간이 없고 또한 수초가 일렬로 붙어 있으므로 수초 단위 면적당 수체와의 접촉 공간이 적어서 수공간 활용도가 적고 이로 인하여 수질 정화 효율이 적으며 처리 효율을 높이기 위해서 대량 설치시에는 공간 구성의 다양성이 부족하여 바람직한 생태계의 육성이 되지 않는 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 오염된 정체 수역에 본발명인 인공수초를 설치함으로서 자연 수초의 역할을 하며 건전한 수중 생태계를 복원하고 동시에 많은 미생물의 서식 공간을 제공하고 산소를 공급하여 유기물 분해가 활발히 이루어져 수질을 정화되도록 하는데 그 목적을 둔 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 외부에서 파이프로 공기가 공급되도록 공기 공급관이 설치된 격자형 하부기초와; 상기 하부기초의 전후 격자변에 망목 크기가 다른 망사를 각각에 감아서 2등분되도록하되 외부에서 중앙부로 위치할수록 망목의 크기가 작아지는 망사형 메디아와; 상기 망사형 메디아를 압박물림하여 부양되게하는 부력막대 및 전후면 덮개막대로 이루어진 인공수초를 제공하므로서 그 목적은 달성된다

도1은 본발명의 전체 구성을 나타낸 평면도

도2는 본발명에 따른 인공수초를 수계에 설치된 상태에서 "가" 부분

의 정면도

도3은 도2의 측면도

도4는 본 발명에 따른 부력막대와 전후면 덮개막대를 발췌한 사시도

*도면의 주요부분에 대한 설명*

1: 파이프관 2: 공기 배출관

3: 침전물 배출관 4: 공기 유입관

5: 호스 6: 침추

7: 로프 8: 하부기초

9: 격자변 12: 기초대

20: 망사형 메디아 21:29: 요부

22:28: 철부 23:30: 볼팅구멍

24: 부력막대 25: 볼트

26: 전면 덮개막대 27: 후면덮개막대

본발명의 구성과 작용효과를 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

도1 내지 도3에 도시된 바와같이 격자형 하부기초(8)는 수체의 규모, 형상, 생태적 특성, 수질 특성, 메디아의 특성 및 제작성, 유지 관리 등을 고려하여 기초대와 격자의 크기를 결정하며 부식성이 없는 강재 또는 합성수지재 등으로 만들되 자중으로 부력에 대응토록하며 중량이 부족할 경우에는 추가로 사변의 가장자리에는 침추(6)를 로프(7)로 고정시키거나 앙카를 별도 설치한다.

상기 기초대(12)의 내부에는 통로가 형성되어 공기가 소통되도록 하고 상부쪽 교차점 또는 격자변에 공기 배출관(2)을 설치하며 하부쪽에 기초 내부의 침전물 배출관(3)을 설치한다.

상기 공기 배출관(2)은 기초대(12)의 크기, 산소 요구량 등을 고려하여 설치 위치를 선정하며 상부로 돌출되도록하고 배출구멍을 통로보다 좁도록하여 하상 침전물의 유입과 막힘을 방지한다.

또한 기초대(12)에는 공기유입관(4)을 달고 호스(5) 등으로 외부의 송풍기 또는 콤프레샤에 연결하여 공기를 공급받는다.

송풍기에서 발생한 공기는 헤더(header)관으로 보내지고 이 헤더관에서 여러개의 메디아 기초대(12)에 각각 공급된다.

만약 공기 배출 구멍이 막혔을 때에는 공기를 한쪽으로 집중시켜 큰 압력으로 막힌 구멍을 뚫는다.

상기 하부기초(8)의 격자변(9) 전후 변에는 망사를 각각에 감아서 2등분되도록하되 상기 망사의 망목 크기는 외부에 위치한 것으로부터 중앙부에 위치하는 것으로 갈수록 작아지는 망사형 메디아(20)를 구성한다.

상기 각 망사형 메디아(20)를 상단,중단,하단부에 각각 압박물림하여 고정되도록 앞면에 다수의 요부(21)를 형성하고 뒷면에는 다수의 철부(22)를 형성하며 정면에는 다수의 볼팅구멍(23)이 형성된 부력막대(24)를 설치한다.

전후부에 위치한 부력막대의 외측으로 전후면 덮개막대(26)(27)를 위치시켜 볼트(25)로 고정되도록하되 상기 전면 덮개막대(26)는 다수의 철부(28)를, 후면 덮개막대(27)는 다수의 요부(29)를 형성하고 또한 볼팅구멍(30)이 천공된 구성이다.

한편, 상기 망사형 메디아(20)는 다수겹으로하되 망목 크기를 외부로부터 중앙부로 갈수록 작은 망사를 사용한 것이다.

본 발명에서는 3종류의 망목 크기가 다른 망사 6겹을 사용하여 수초를 형성한 것인데 외곽부에는 요각류등 큰 플랑크톤이나 미소동물이 출입하며 그 다음망에는 지각류등 소형의 플랑크톤이 출입할 수 있게한 것이다.

상기 망목의 형태는 망목의 크기,사용재료,플랑크톤의 특성등을 고려하여 열처리 평직 또는 횡편직으로하여 플랑크톤이 용이하게 출입할 수 있도록하고 망목의 변형을 방지한다.

상기 부력막대(24)들은 필요한 부력이 확보되어야하며 메디아의 고정과 간격유지를 위해 필요하므로 그 크기는 수역의 특성에 따라 결정한다.

이와같이 구성된 본발명에서 망사 형 메디아(2)는 부식이 안되고 내구성이 크며 가볍고 유연하며 비표면적이 크고 공극률이 커서 수중에서 물의 흐름에 따라 부유상태로 유동하면서 많은 미생물이 서식할 수 있으며 크고 작은 공간에서 동물 플랑크톤, 미소동물 및 어류등이 서식할 수 있는 것이다.

특히 망사형 메디아로 형성된 수초에는 메디아 자체 공간과 메디아 사이의 공간이 형성되는데 메디아 자체의 공간에는 박테리아,곰팡이등의 미생물과 운동성이 적은 미소동물이 메디아에 부착 상태로 서식하며 운동성이 큰 동물 플랑크톤, 미소동물들은 자체 서식 공간과 사이 서식 공간을 넘나들며 서식하게 된다

이와 같이 구성된 망사형 인공수초는 유기물 제거가 필요한 곳, 동물플랑크톤의 육성이 필요한 곳, 어류의 증식이 필요한 곳 또는 이들을 모두 통제하여 건강한 생태계 조성이 필요한 곳 등 설치 목적과 수역의 특성에 따라서 산소 공급 시설의 유무, 규모, 위치를 달리하여 설치하면 좋다.

자연수초는 계절에 따라 생육, 번식, 사멸을 반복하며 생육장소는 햇볕이 드는 지역에서 자란다.

그러나 본 발명의 인공수초는 계절과 수심에 관계없이 필요한 곳에 설치할 수 있으나 자연수초의 기능을 갖도록 설치하는 것이 필요하다.

따라서 본 인공수초의 설치대상지역은 수변부로서 수심이 낮고 경사가 완만하며 정체된 수역으로서 조류 발생이 왕성한 곳이 좋다.

기존의 수초나 암초지역 등 수중 장애물과 연계 설치하여 다양한 환경이 조성되도록 한다.

어류의 은폐물과 이동 통로가 되도록 선형으로 설치하며 낮은 곳에서 깊은 곳으로 연결 설치하여 어류의 도피가 가능토록 한다.

또한, 흐름이 있고 부유물질이 있으며 유기물질 제거가 필요한 수역, 보, 침전지 등 하천의 정체 수역, 바다에 본 발명인 인공수초를 설치한다.

이상과 같이 본발명은 상술한 특성의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 것이다.

상기와같이 구성된 본발명의 인공수초를 수계에 설치하면 첫째, 많은 미생물이 번식하고 이들이 유기물을 분해하여 수질이 정화되고, 둘째, 동물 플랑크톤이 천적 어류로부터 보호받을 수 있으므로 번식하게 되고 조류를 섭식하여 부영양화가 억제되며, 셋째, 생산력이 높은 생태 공간이 조성되어 먹이 연쇄에 의해 오염 물질이 제거되고, 넷째, 부착 조류가 증식되어 어류에게 먹이를 제공하고 산소를 발생시키며, 다섯째, 포식어류에게 먹이를 급습할 수 있는 에지(edge)를 제공하고 햇볕을 막아 그늘을 제공하고, 여섯째, 사체 및 배설물로 바닥에 영양물질이 공급되어져서 생태계가 유지되며, 일곱째, 각종 어류의 산란 장소가 됨과 동시에 저서동물들이 포식어로 부터 보호를 받고 물의 흐름에 의한 침식을 방지하는 효과가 있는 것이다.