KR100437075B1 - 저류지를 이용한 빗물 정화방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저류지를 이용한 빗물 정화방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 오염지역 및 개발지역에서 유출하는 초기 강우 유출수를 무동력으로 자동적 선착순 분리하여 저류지에 필요한 기간까지 저장하면서 침전, 여과 흡착 방법등으로 오염물질을 정화한 후 천천히 방류함으로서 첨두 유출량을 줄여 홍수를 예방하며 방류수역의 수질을 개선하고 나아가 빗물을 중수도로 사용할 수 있도록한 빗물 정화방법 및 그 장치에 관한 것으로서 빗물정화방법은 초기 강우 유출수가 우수토실(11)의 분리관로(14)를 통하여 저류지(21)에 선착순 저장되면서 저류지의 사수위(25)에는 빗물에 포함된 실트류, 점토,모래,자갈 등과 같은 이물이 침전되고, 유입되는 빗물에 포함된 부유물은 저류지(21)에 설치된 부유물 차단망(33)에 1차로 걸러지게되고 걸러진 빗물은 빗물 정수기(34)를 통과하면서 2차로 정수되어 빗물정수기(34)에 연결된 배출관(51)을 통하여 하천으로 배출되도록하는 한편,

유입되는 빗물의 수위가 저장수위(24)까지 도달하면 우수토실(11)의 분리관로(14)가 유입관로(12)와 유출관로(13)보다 낮게 설치되어 있어서 더 이상 빗물이 저류지로 유입이 되지 않고 우수토실의 유출관로(13)를 통하여 배출되도록함은 물론, 먼저 저류지에 저장되어 정수된 빗물이 하천 등으로 배출된 만큼의 빗물이 유입되도록 저류지를 회분식으로 운영함으로서 홍수예방과 수질정화효과를 동시에 달성할 수 있도록 한 것이고, 본발명의 장치는 초기 강우 유출수를 분리하는 우수토실(11)을 형성하고 상기 우수토실에는 유입관로(12),유출관로(13)와 차집기능을 가지면서 빗물이 저류지로 유입되도록 저류지로 연결된 분리관로(14)로 구성된 빗물차집시설(10)과;

상기 빗물차집시설(10)의 우수토실(11)에서 분리관로(14)를 통해서 빗물이 저류지(21)로 유입되는 저류시설(20)과;

상기 저류시설(20)에 유입된 빗물을 정화하기 위하여 저류지(21)의 소정 위치에 설치되는 출입문을 가지는 부유물 차단망(33)과 다수개의 빗물정수기(34)로 형성된 빗물정화장치(30)와;

상기 빗물정수기(34)를 통과한 빗물이 방류밸브(52)의 개폐에 의하여 배출관 (51)을 따라 하천 등으로 방류되도록한 배출시설(50)과;

상기 저류시설(20)을 유지관리하기 위하여 차량등 장비가 진입되도록 경사출입로(27)가 설치된 유지관리시설(60)로 구성되되 서로 상호관계를 기능적으로 연결하여 효율이 극대화될 수 있도록 이루어 질 수 있도록 한 것이다.

Description

저류지를 이용한 빗물 정화방법 및 장치{the purificate method of a rainwater in an underflow pond and that equipments}

본 발명은 저류지를 이용한 빗물 정화방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 오염지역 및 개발지역에서 유출하는 초기 강우 유출수를 무동력으로 자동적 선착순 분리하여 저류지에 필요한 기간까지 저장하면서 침전, 여과 흡착 방법등으로 오염물질을 정화한 후 천천히 방류함으로서 첨두 유출량을 줄여 홍수를 예방하며 방류수역의 수질을 개선하고 나아가 빗물을 중수도로 사용할 수 있도록한 빗물 정화방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유역의 각종 개발 사업은 강우시 유출량을 증가시켜서 홍수를 야기하게 된다.

벌목 포장 및 건물의 설치등으로 유출계수가 바뀌고 유로가 변경되어 유출량이 늘어나게 되며 논이나 저지대의 땅이 없어지므로 물의 일시 체류 공간이 축소되어 하류부에 홍수를 일으키게 된다.

따라서 개발지역에서는 개발로 늘어난 유출량을 줄이기 위한 노력이 필요하며 이것은 개발로 늘어난 유량을 저류지에 선착순 저류함으로서 홍수예방을 할 수 있고 동시에 비점 오염 물질로 인한 수질오염도 예방할 수 있다.

인간이 활동하는 지역에서 유출하는 빗물에는 많은 오염 물질이 포함되어 있다.

도시 지역, 공업지역, 도로, 농경지, 공사장 등 넓은 토지 표층에 산재하고 있는 오염 물질을 비점오염 물질이라고 한다.

이 비점 오염물질은 인간의 생활, 산업활동, 교통이용, 각종개발사업, 강하분진 등에 의해 발생한 것이다.

유역에 내린 강우는 토양에 침투되며 토양이 포화되면 유출이 일어난다.

지표면에 분포하고 있는 오염물질은 이 때 빗물과 함께 유출하게된다.

유출이 일어나면 오염물질이 수로나 하천으로 유입하며 강우가 지속되어 유출량이 늘어나면 토사등과 함께 유출하며 이들은 유속에 따라서 침전되기도 하고 부상하여 재유출하기도 한다.

비점 오염 물질이 포함된 초기 강우 유출수의 수질은 유역의 토지이용상태, 토지,지형 등 유역 특성과 강우량 지속시간, 재현 빈도 등 강우 패턴에 따라서 달라진다.

도시지역, 공업지역, 시가화지역 등 인간이 고밀도로 활동하는 지역은 다양한 종류의 오염 물질이 지표면에 쌓여서 이들 지역의 초기 강우 유출수에는 부유물질, 유기물질, 영양염류, 중금속, 기름 등의 오염물질이 많이 포함되어서 높은 오염도를 보인다.

한편, 농촌지역, 공사장, 공원, 나대지등은 대부분 비포장지대로서 오염물질이 토지 표면 및 그 하부 층에도 분포하고 있으며 강우시 오염물질이 토사와 함께 유출하게 되며 이들지역의 초기강우 유출수에는 많은 토사류와 유기물, 질소, 인등이 포함되어 있다.

특히 인은 보존성 물질로서 토양에 흡착되어 있거나 입자상으로 존재 하다가 강우시 토사와 함께 수역으로 유입하게 되어 정체수역에서 부영양화를 일으키게 된다.

현재 우리나라의 경우 비점오염 물질에 의한 공공수역의 오염부하 기여율은 약 30%에 달하고 있어서 점오염 물질의 완벽한 처리 뿐만아니라 비점오염 물질이 충분한 대책없이는 하천 및 호수의 수질을 깨끗하게 개선할 수 없다.

따라서 종래의 초기강우 유출을 포함한 빗물 정화방법은 각 나라의 사정에 따라서 다양한 방법이 적용되고 있다.

특히 선진외국의 경우를 보면 빗물저류지 설치, 습지설치, 토양에의 침투, 우수관로시설에서의 여과 등 다양한 방법들이 적용되고 있다.

이들 종래의 방법을 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 저류지 설치에 있어서

저류지에 유입된 빗물은 일정시간 체류하면서 입자상 물질이 침전하게 된다.

현재 국내외에 설치된 빗물저류지는 홍수예방을 주목적으로 하천변이나 유수지 등 저지대에설치된 시설로서 홍수시 빗물의 저류를 위하여 저류조를 완전히 비워두는 것과 일정수위만 비워두는 것이 있다.

그러나 이들 시설은 초기강우 유출수만을 분리하여 저장하는 시설이 아니고 유역에서 발생하는 유출수가 전부 유입하는 구조로서 저류지의 저장 용량만큼 빗물을 저장할 수는 있으나 여수로(spill way)가 설치되어 있어서 저장량 이상의 유입량은 외부로 배출된다.

따라서 유입량이 많으면 저류지내는 난류상태가 되어서 수중의 미세한 입자상 물질이 침전이 안되고 부유상태에서 이 여수로를 통하여 월류하여 외부로 유출하므로 침전에 의한 수질정화 효과가 적어진다.

더욱이 첨두유량시에는 체류시간이 짧아지고 소류력이 커져서 침전되어 있던 입자들도 부상하여 유출하기도 하며 저류시설의 안전성이 염려되기도 한다.

또한 이 저류지는 강우시에는 많은 유량과 함께 많은 토사가 유입되어 모래등이 쌓여서 바닥이 높아져 많은 문제를 야기하고 있다

이와같이 현재의 빗물저류지는 홍수 예방 목적으로 설치되어 홍수 조절 효과는 있으나 수질정화효과는 기대할 수 없는 상태이다.

한편 저류지 바닥에 모래등 여과재를 깔고 그하부에 집수관을 매설하여 오염 된 빗물을 여과하여 외부로 배출하는 하부여과(infiltrarion)방법이 있으나 이 방법은 설치초기에는 효과가 있으나 시간이 경과됨에 따라서 유입수중의 무기성 실트질이나 유기물이 바닥에 침전되어 여과표면의 공극을 막아서 여과효과가 떨어지며 나중에는 그 기능을 상실하게 된다.

둘째, 습지 설치에 있어서

습지는 수생식물이 자라며 수중생물과 육상생물이 공존하는 생태공간으로서 수질정화를 위한 습지는 수심이 약 60cm 이내로 설치된다.

습지로 유입한 빗물은 침전, 토양에의 흡착, 토양 및 식물에 서식하는 미생물에 의한 분해, 식물의 흡수, 먹이사슬 등에 의하여 수질이 정화된다.

그러나 습지는 넓은 면적이 필요하고 정화효과가 불규칙하며 슬러지 준설등 유지관리가 어렵고 관리부재시에는 오히려 수질이 악화되는 문제가 있다.

셋째, 우수관로상의 여과시설에 있어서

이 방법은 우수관로상에 맨홀형태의 구조물을 만들고 그 내부에 여과장치를 설치하거나 별도로 관로에서 분기하여 여과시설을 설치하여 빗물을 정화하는 방법으로서 다음과 같은 방법들이 있다.

(1) 맨홀 구조물 자체를 이용하여 여과재 충진 공간을 만들고 이 공간에 모래, 자갈 등의 여과재를 충진하여 빗물을 정화하는 방법

(2) 우수관로상에 맨홀 구조물을 만들고 그 내부에 별도로 내부에 다양한 종류의 여과재 또는 흡착재를 충진한 모듈화된 카트리지 타입의 소규모 여과장치를 다수 설치하여 빗물을 정화하는 방법

(3) 관로에서 분기하여 팩캐지화된 소규모 여과시설로서 원통형 구조물 속에 침사지와 수생식물을 식재한 모래 여과지를 만들어 빗물을 정화하는 방법들이 있다.

그러나 이 방법들은 소규모 시설에 적합한 방법으로서 침전지가 없거나 소규모이므로 전처리시설이 필요하는 등 다음과 같은 단점이 있다.

① 공사단가가 비싸서 대규모에서는 비경제적이다.

② 실트류의 침전제거가 안되므로 실트류의 여과기능이 필요하다

③ 실트류의 여과로 표면 폐쇄가 빨리 일어나 여과기 수명이 짧아지고 손실 수두가 커진다.

④ 여과시설에 협잡물, 토사등의 유입 방지를 위한 시설이 필요하고 이의 관리가 요구된다.

⑤ 저류기능이 없어서 홍수예방 효과가 없다.

넷째, 토양 침투법에 있어서

이 방법은 토양의 오염 물질 여과기능을 활용하여 빗물을 지하수로 충진하는 방법으로서 도로, 공원, 시가지 개발지 등의 빗물을 배수성이 양호한 지반 지역 상부에 투수성이 큰 자갈, 모래등의 필터층을 만들거나 식물식재 기반층을 조성하거나 투수포장을 하여 이 필터층으로 빗물을 통과시킨 후 하부 토양속으로 침투시키는 방법이다.

그러나 이 방법은 하부 토양의 투수성에 따라 설치가 제한을 받으며 순간적 투수량이 적어서 소규모 유량에 적합하고 여과층 표면이 쉽게 폐쇄되며 또한 지하수가 오염될 우려가 있다.

이와같이 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본발명은,

첫째, 개발지역에서 유출하는 빗물에 포함된 오염 물질을 경제적이고 효과적으로 제거하여 수질을 정화할 수 있는 방법을 찾는 것이고,

둘째, 홍수예방을 주목적으로 설치하는 빗물 저류지를 홍수예방과 수질정화 목적으로 동시에 사용할 수 있도록 하는 것이며

셋째, 오염된 빗물을 정화하여 중수도로 사용함에 있어서 경제적인 방법을 찾는데 그 목적을 둔다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 첫째, 개발지역에서 유출하는 빗물을 저장하기 위한 저류지를 만들어 오염도가 높은 초기 강우 유출수를 선착순 분리 차집함으로서 정화시설 규모를 최소화할 수 있고,

둘째, 저류지를 회분식(batch)으로 운영하여 다음 강우까지 충분한 시간동안 입자상 오염 물질을 침전시켜 제거한 후 침전물 퇴적층 위의 상류수를 방류하거나 추가로 저류지에서 상층수를 여과 흡착방법 등으로 정화하여 방류하므로서 경제적이고 효율이 높은 빗물 정화가 가능하게 되며

셋째, 개발지역에 설치되는 호수 예방용 저류지에는 유역에서 발생하는 유출수를 전부 유입시키지 않고 개발로 증가된 수량만을 강우시 선착순 차집하여 저장한 후 강우가 끝난 후 천천히 방류하므로서 홍수 조절 목적을 달성함과 동시에 오염 물질이 포함된 저장수를 안정상태에서 체류시켜 입자상 오염 물질을 침전 제거한 후 침전물 퇴적층위의 상등수를 방류하거나 추가로 저류지에 상등수를 정화할 수 있는 수질 정화장치를 설치하여 정화한 후 방류함으로서 수질 정화 목적도 달성할 수 있고

넷째, 오염된 빗물을 저류지에 저장하여 부유물 제거, 침전 및 여과 흡착 이온 교환 등의 물리 화학적 방법으로 수질을 정화하여 중수도로 사용할 수 있으며 이 때처리수 저장 시설을 별도로 만들지 않고 저류지에 저장되어 입자상 오염 물질과 부유물이 제거된 상등수를 필요시 여과 흡착 이온 교환 등의 방법으로 즉시 정화하여 사용함으로서 경제적인 빗물의 중수로화 방법이 되도록 한 저류지를 이용한 빗물 정화방법 및 그 장치를 제공함으로서 그 목적은 달성된다.

도1은 본 발명에 따른 개방형 저류시설의 평면도

도2는 도1의 단면도

도3은 본발명의 또다른 실시예로서 복개형 저류시설의 힝단면도

도4는 도3의 종단면도

도5는 본발명에 따른 각종의 빗물정수기가 배출관에 연결시킨 상태의 단면으

로서

(도5a)는 상부몸통형 정수기가 배출관에 연결된 상태의 단면도이고

(도5b)는 상하부 몸통형 정수기가 배출관에 연결된 상태의 단면도이며

(도5c)는 쟁반 안치형 정수기가 배출관에 연결된 상태의 단면도를 나

타낸 것이다

도6은 도5에서 각종 빗물정수기를 발췌한 단면도로서

(도6a)는 상부몸통형 정수기이고 (도6b)는 상하부 몸통형 정수기이며

(도6c)는 쟁반 안치형 정수기를 나타낸 것이고 (도6d)는 쟁반 안치형

정수기가 쟁반에 결합된 상태의 사시도이며 (도6e)는 (도6d)를 위에

서 본 평면도를 나타낸 것이다.

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

10:빗물차집시설 11: 우수토실

12: 유입관로 13: 유출관로

14: 분리관로 15: 우수토실 바닥

16: 우수토실 홍수위 20: 저류시설

21: 저류지 23: 저류지 바닥

25: 사수위 26: 저류지 홍수위

30: 빗물정화장치 32: 쟁반

33: 부유물 차단망 34: 빗물정수기

41: 상부몸통 42: 하부몸통

43: 상부판 44: 하부판

44a: 쟁반걸이턱 45: 외부망

45a: 수직수로 45c: 여포, 흡착포, 세목 망사

47: 유출구멍 47a: 유출관

48: 수평망 49: 입자상 여재

49a: 입자상 충진공간 50: 배출시설

51: 배출관 52: 방류밸브

53: 집수정 54: 펌프

61: 경사 출입로 62: 맨홀

70: 쿠션재 100: 상부 몸통형 정수기

200: 상하부 몸통형 정수기 300: 쟁반 안치형 정수기

본발명의 구성과 작용효과를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1내지 도2에 도시된 바와같이 본발명의 구성은, 초기 강우 유출수를 분리하는 우수토실(11)을 형성하고 상기 우수토실에는 유입관로(12),유출관로(13)와 차집기능을 가지면서 빗물이 저류지로 유입되도록 저류지로 연결된 분리관로(14)로 구성된 빗물차집시설(10)과;

상기 빗물차집시설(10)의 우수토실(11)에서 분리관로(14)를 통해서 빗물이 저류지(21)로 유입되는 저류시설(20)과;

상기 저류시설(20)에 유입된 빗물을 정화하기 위하여 저류지(21)의 소정 위치에 설치되는 출입문을 가지는 부유물 차단망(33)과 다수개의 빗물정수기(34)로 형성된 빗물정화장치(30)와;

상기 빗물정수기(34)를 통과한 빗물이 방류밸브(52)의 개폐에 의하여 배출관 (51)을 따라 하천 등으로 방류되도록한 배출시설(50)과;

상기 저류시설(20)을 유지관리하기 위하여 차량등 장비가 진입되도록 경사출입로(27)가 설치된 유지관리시설(60)로 구성되되 서로 상호관계를 기능적으로 연결하여 효율이 극대화될 수 있도록 이루어진 구성이다.

상기 빗물차집시설(10)의 우수토실(11)은 저류지(21)와 같은 위치에 설치하여 우수토실의 홍수위(16)와 저류지의 홍수위(26)를 같은 높이로하고 저류지로 유입하는 우수토실의 분리관로(14)를 유출관로(13)보다 낮게 설치한 구성이다.

상기 저류시설(20)의 저류지(21)는 바닥을 깊게 파서 저류지 바닥(23)에 사수위(25)를 만들어 토사 등 부유물질이 침전되도록하되 침전물 퇴적층위에 배출관 (51)을 설치한 구성이다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본발명에서 저류지(21)는 빗물이 저장 및 정화가 일어나는 시설이다.

우수토실에서 분리된 경우는 저류지에 저장된 후 고요한 상태로 체류하면서 침전이 일어나며 강우빈도, 지표면의 오염도, 물이용 필요성 등에 따라서 다음 차집이 일어날 때 까지 또는 저장된 물을 사용할 때까지 저장이 가능하다.

저류지의 규모는 유역의 개발로 증가된 빗물을 저장하는 홍수조절용 저류지에 있어서는 총증가량을 저장하는 경우와 첨두유출 증가량만을 저장하는 경우에 따라서 크기가 결정되며 비점오염물질 정화용 저류지는 유역의 크기와 오염 특성을 고려하여 초기 강우 유출수를 충분히 저장할 수 있는 규모로 한다.

이때 저류지를 포함한 모든 시설은 제반시설 기준과 안전기준에 맞도록 설치하여야 하며 저류지는 상부가 개방된 시설로 설치하는 것이 일반적이나 부지가 없는 지역에서는 지하시설로서 상부를 복개할 수도 있다.

저류지(21)에는 빗물의 유입관로 즉 우수토실의 분리관로(14)와 배출관로 (51)가 설치되며 빗물을 고도처리하기 위하여 추가로 배출관로에 빗물정화 장치인 빗물정수기(34)가 설치된다.

유입관로(14) 위치는 우수토실(11)의 위치와 저류지(21)의 형태에 따라서 결정하며 배출관로(51) 위치는 방류수역의 위치와 빗물정화장치의 설치 및 관리를 위한 차량등 장비의 접근이 가능한 곳으로 한다

저류지(21)에 유입된 큰 모래등은 입구쪽에 침전하게 되나 미세한 입자는 전지역에 부유상태로 있다가 난류가 안정되면 침전이 된다.

입자의 침전속도는 크기와 비중에 따라서 결정되며 실트류와 점토를 구분하는 경계선이 있는 0.005mm 크기 모래 입자의 침전속도는 1일에 약1.5m 정도로서 3m 수심의 저류지에 있어서 이입자의 침전에는 약 2일의 체류시간이 필요하게 된다.

한편 저류지에서 입자상 오염물질의 침전 분리로 인한 수질정화 효과를 극대화하기 위해서는 침전물의 혼입없는 상등수 분리가 필요하다.

본발명에서는 저류지 바닥에서 수심 30㎝이상 높이에 배출관로(51)를 설치하여 배출관로 밑 수심을 침전물 퇴적지역으로 사용한다.

이 퇴적지역은 사수지역으로서 물이 외부로 배출되지 않으므로 침전물의 혼입없는 상등수 분리가 가능하게 되며 이때의 수위를 사수위(25)라 한다.

또한 본발명의 특징은 저류지를 침전지로 이용하고 동시에 빗물정화장치를 설치하기 위해서는 배출관로 유입부가 수직으로 하늘로 향하도록 설치한다.

배출관의 꼭대기에 설치된 빗물정화장치는 상부수심의 수압으로 여과를 하게된다.

사수부에 퇴적물이 반쯤 쌓이면 저류지의 물을 빼내고 퇴적물을 준설한다.

저류지의 제방 높이는 여유 높이를 갖도록 만들어 홍수시 일시적으로 우수토실 수위가 상승할 때 유입된 수량으로 범람되지 않도록 하여야하며 이때 유입된 수량은 우수토실 수위가 낮아지면 우수토실로 역류하여 배출되므로 이것이 본저류지의 추가적 홍수 조절기능이 된다.

이와같이 본저류지는 여수로가 다른 목적으로 설치될 수는 있으나 홍수시 월류 방류 목적으로는 필요하지 않게 된다.

저류지에는 준설 및 부유물 제거 등을 위하여 차량 및 사람의 출입이 가능하도록 경사진 출입로(61)를 만들고 바닥은 콘크리트 또는 자연재료를 사용하여 평탄하게 만들고 준설작업시 배수가 잘되도록 표면 경사를 주며 부유물 차단망(33) 속에도 출입이 가능하도록 출입문을 설치한다.

저류지에서 침전 정화된 물 또는 빗물정화장치에서 정화된 물은 배출관로를 통하여 외부로 배출되나 방류수역이 저류지보다 낮을 때에는 자연유하로 배출되므로 배출관로에 방류밸브와 수문을 설치하여 배출을 통제하며 방류수역이 높거나 중수도로 사용하기 위해서는 집수정과 펌프를 설치하여 배출시킨다.

이때 사수부의 물을 배제할 수 있도록 별도로 밸브가 달린 배출관을 방류밸브 앞쪽 배출관에 설치하면 좋다.

한편, 오염된 빗물에는 크고 작은 협잡물 각종부유물 토사류 각종 용해성 물질, 유기물 영양염류, 기름등이 포함되어 있다.

저류지에 유입한 입자성 오염 물질은 중력에 의하여 침전되고 부유물은 차단망(33)에 걸려 이동이 정지된다.

이와같이 입자성 물질과 부유물이 제거된 상등수에는 용존상태의 유기물, 질소, 인 및 중금속과 기름등이 존재하고 있으며 일부 미제거된 입자상 물질이 있다.

이들 물질의 제거를 위해서는 여과 흡착 이온교환등의 기능이 필요하므로 제거대상 오염물질에 따라서 입자상 물질과 기름성분 제거에는 흡착포, 필터포, 다공성 자연석 및 인조석 왕겨 활성탄등을 사용하고 유기물 중금속 암모니아성 질소의 제거에는 활성탄 제오라이트 이온교환수지 등을 사용하며 또는 질소, 인등의 제거를 위해 개발된 여재를 입자 형태로 가공하여 빗물 정수기에 충진하여 이 정수기에 저류지 상등수를 수압으로 통과시켜 오염물질을 제거한다.

상기 빗물정수기(34)는 사각형통 또는 원통형태로서 수중에 잠겨서 상하 좌우 4방향에서 물이 통과할 수 있도록 외부면을 모두 망(45) 또는 다공판 등으로 설치할 수 있으나 사수부 이용 여부에 따라서 사수위(25) 위쪽만을 이용하는 상부 몸통형 정수기(100)와 사수위 아랫쪽도 함께 이용하는 상하부 몸통형 정수기(200)가 구성될 수도 있고,

여재 충진 방법에 따라서 몸통 내부 여재 충진 공간(49a)을 한 종류의 여재로 충진하는 단여재 충진형 정수기와 충진 공간(49a)을 몇 개의 망으로 구획하여 여러 종류의 여재를 충진하는 다여재 충진형 정수기가 구성될 수 있으며

물이 유입되는 외부망(45)에 여포, 흡착포, 세목 망사 등을 외부에서 감싸는 포말형 빗물 정수기로 구성될 수도 있다.

상기 포말형 정수기는 상하부면을 정수기 몸통과 배출관(51) 크기가 같은 일자 포말형 정수기가 있다.

또한, 배출관(51)의 연결 방법에 따라서 직결형 정수기와 쟁반 안치형 정수기(300)가 있다.

상기 상부 몸통형 정수기(100)는 상하부면을 밀폐되도록 판(43)(44)으로 막되 하부판 중앙에 유출 구멍(47)을 뚫고 유출관(47a)을 붙이고 외부면은 입자상 여재(49)를 포획하고 물이 통과할 수 있는 철망, 플라스틱 망 등으로 외부망(45)을 만들고 중앙부에도 망으로 수직수로(45a)를 만들어 하부판(44) 유출관(47a)에 연결하거나 유출구멍(47)을 망으로 막아서 이 양 망사이 공간에 수질정화에 필요한 입자상 여재(49)를 충진한 정수기로서 몸통 내부 공간에 수직으로 중간망(45b)을 설치하여 여러 종류의 여재를 함께 충진하는 다여재 충진형 정수기로 만들 수 있다.

이렇게 만든 정수기를 사수위 위에 설치된 배출관의 끝부분에 직결형으로 결속시킨다.

정수기의 설치 높이는 하부판이 사수위와 일치되도록 하여야 한다.

수중에 설치된 정수기는 배출관의 방류밸브가 열리거나 또는 펌핑이 시작되면 물이 정수기의 외부망을 통하여 유입하여 수평 또는 대각선 방향으로 흘러서 중앙으로 모여 하부 유출관으로 유출된다.

그러나 저류지의 물은 사수위를 기준하여 상부의 물은 정수기를 통하여 배출되나 하부의 물은 고여있는 사수지역이 된다.

이 사수지역은 침전물의 퇴적을 위해 필요한 공간으로서 다른 이용도가 없으나 본 발명에서는 이 사수지역을 여재 충진 공간으로 활용한다.

상하부 몸통형 정수기(200)는 사수위 윗쪽과 아래쪽을 함께 이용하는 정수기로서 사수위와 만나는 정수기 하부판 아래쪽은 물이 통과하지 않는 판재를 사용하여 상부몸통(41)과 같은 형태로 늘려서 하부몸통(42)은 만들고 하부면을 판재로 막고 중앙부에 유출구멍(47)을 뚫고 유출관(47a)을 부착한다.

또한 하부몸통 내부에 윗쪽과 아랫쪽에 물이 흐를 수 있는 공간을 남겨두고 중앙부에 2개의 수평망(48)을 설치하고 이 망속 공간에 입자상 여재(49)를 충진한다.

상하부 몸통형 정수기에서는 상부 몸통에서 1차 정수된 물이 하부 몸통에서 2차 정수되며 또 내부를 망으로 칸막이하여 다양한 종류의 여재를 충진해서 다여재 충진형 정수기를 만들어서 정화 효율을 높일 수 있다.

한편 입자성 오염 물질이나 기름성분, 유기물등이 다량있는 빗물, 하천수등을 저류하는 저류지에서 체류시간이 짧거나 추가로 후속처리 공정이 있는 경우에는 입자상 물질이나 기름 성분을 손쉽게 제거하기 위하여 정수기 내부에 여재를 충진하거나 또는 충진하지 않는 상태에서 외부망에 필터포, 흡착포, 세망사(45c) 등을 외부에서 둘러 감싸는 포말이형 정수기를 설치한다.

상기 필터포 등에는 조류가 부착하여 성장하지 않도록 상부 몸통에 햇빛을 차단하는 덮개를 씌울 수 도 있다.

이렇게 만들어진 각 형태의 정수기들은 배출관(51)에 연결하며 정수기가 배출관보다 큰 경우에는 넘어지지 않도록 받침대를 설치한다.

정수기(34)와 배출관(51)의 연결방법은 도6에 도시된 바와같이 정수기 유출관(47a)과 배출관(51)을 직접 결합하는 직결형과 정수기의 설치 및 교체시 퇴적물의 유입을 방지하고 연결 작업을 쉽게하기 위한 쟁반 안치형이 있다.

쟁반(32)은 배출관(51)의 유입부에 부착되며 정수기 하부의 몸통이 들어갈 수 있는 크기로 만든다.

쟁반안치형 정수기(300)는 상부 몸통과 하부 몸통사이 외부에 쟁반 걸이턱 (44a)을 만들고 턱밑에 고무판 등 쿠션재(70)를 붙여서 쟁반이 앉힌 후 자중에 의해 차수되도록 하거나 별도로 결속장치를 부착하여 쟁반에 결합시킨다

하부 몸통(42)의 하부면은 수평망(48)이 설치되므로 하부 몸통의 길이를 쟁반 높이보다 낮게 만들어서 물이 흐르는 공간을 확보한다.

각 정수기는 내부 청소 및 교체를 위하여 분해 및 조립이 가능하도록 만들며 정수기의 크기는 제작 단가, 유지 관리의 편리성, 저류지의 규모 및 설치수 등에 따라서 결정하고 상부판에 고리를 부착하여 장비를 운반한다.

정수기는 저류지에 열지어 다수 설치하며 차량 진입로에 가낍게 위치하여 크레인 등으로 운반하여 설치 및 교체가 용이하도록 한다.

한편, 빗물은 강우시에만 흐르는 한시성이 있으나 총유출량은 매우 많은 특징이 있다.

따라서 개발로 늘어난 빗물을 저류하는 저류조와 비점 오염 물질을 정화하는 저류지에서는 모든 유출량을 유입시키는 것 보다는 오염도가 높은 초기 강우 유출수를 차집하여 저장하는 것이 효과적이며 저류지의 운영 방법도 회분식으로 되어서수질정화 효과가 높아진다.

즉 오염도가 높은 초기 강우 유출수를 분리하여 저류조에 저류한 후 강우가 끝난 후 정화하여 천천히 방류함으로서 하류지역의 홍수를 예방하며 정화시설의 규모를 최소화할 수 있고 충분한 체류시간의 확보로 정화효과를 극대화할 수 있다.

일반적으로 빗물 저류지는 유역의 하류부 저지대에 설치된다.

이 때 우수토실이나 보가 저류지보다 높은 장소에 위치하면 초기 강우 유출수로 저류지를 채울 수는 있으나 강우가 분리관로를 통하여 계속하여 저류지로 유입하게 되므로 종래의 저류지와 동일한 형태가 되어서 수질정화 효과가 없어진다.

이를 방지하기 위해서는 분리관로(14)앞에 수문을 설치하여 초기 강우 유출수를 저장한 후 수문을 차단하여야 하므로 강우시 수문의 조작이 필수적이고 이를 위한 유지 관리가 어렵게된다.

또한 저류지에는 비상대책으로서 여수로를 만들어야 한다.

그러나 본발명에서는 홍수예방용 저류지 또는 비점오염물질 정화용 저류지에 있어서 비가 내리면 초기 강우 유출수를 아무런 조작없이 자동적으로 선착순 분리하여 저류지에 저장할 수 있다.

이 방법은 우수토실(11)을 저류지(21)와 인접한 같은 위치에 설치하여 우수토실(11)의 홍수위(16)와 저류지(21)의 홍수위(26)를 같은 높이로 하고 우수토실 (11)의 분리관로(14)를 유출관로(12)보다 낮게 설치하고 저류지의 바닥(23)을 우수토실의 바닥(15)보다 깊게하여 필요한 저류 용량을 확보하면 된다.

강우시 초기강우 유출수는 우수토실의 분리관로(14)를 통하여 저류지에 유입하여 저장이 시작된다.

유입이 계속되어 저류지(21)의 수위가 올라가고 저류지의 수위가 우수토실 (11)의 수위와 같아지면 저류조로의 유입은 중지되고 이 때부터 우수토실에서는 유출관로(13)를 통하여 하류로 유출이 시작된다.

이와같이 본발명에서는 초기 강우유출수가 저류용량만큼 자동적으로 선착순으로 저류지에 분리저장되며 그 이상의 강우유출수는 저류지에 유입되지 않고 하류로 배출된다.

따라서 저류지에는 여수로가 필요없게 된다.

그러나 저류지의 제방고는 하천의 홍수위가 올라가면 저수지의 수위도 올라가므로 이 때 범람하지 않도록 충분히 높여야한다.

이때 저류지(21)에 저장된 수량은 홍수조절량이 되며 하천수위가 낮아지면 즉 우수토실(11)의 수위가 낮아지면 저류지(21)에 저장되어 있던 수량은 반대로 분리관로(14)를 통하여 우수토실(11)로 흘러 하류로 배출되며 저류지의 수위는 우수토실 유출관로(13)의 바닥 높이와 같은 높이에서 고정된다.

이 수위가 저류지의 저장 수위가 된다.

만약 저류지가 낮은 곳에 있고 우수토실이나 보가 높은 곳에 있는 지역에서는 수문을 설치하고 강우시 수문을 조작하는 대신에 관로를 저류지까지 연장 설치하여 저류지옆에 저류지와 같은 높이로 추가로 우수토실을 설치하여 초기강우를 차집하면 된다.

따라서 이미 설치되어 있는 홍수조절용 저류지도 이와같이 저류지(21)와 인접하여 우수토실을 추가로 설치하고 유출관로를 설치하여 우수토실에서 잉여수량을 저류지 하부로 배제시키면 홍수조절량의 변화없이 초기강우를 선착순 차집하여 저류지를 회분식으로 운영할 수 있으며 이에 따라서 수질 정화 효과를 기대할 수 있게 된다.

본발명에 따른 또다른 실시예로서 상부복개 빗물 저류지를 도3내지 도4에 의하여 상세히 설명한다.

도시 지역, 단지 등에서 저류지의 설치 부지가 협소하거나 없을 때는 저류지를 지하에 설치하고 그 상부를 복개하여 복개 지붕위를 운동장, 공원, 주차장 등으로 활용할 수 있다.

그러나 상부 복개 저류지에서도 침전물의 준설 등 유지 관리를 위하여 상부가 개방된 경사 출입로(61)를 설치하고 빗물 정수기의 설치 및 교체를 위한 상부 맨홀(62)을 설치한다.

이들 개방부에는 그레이팅 뚜껑 또는 펜스를 설치하여 안전 사고를 예방한다.

저류지내 저장수가 자연유하로 배출 불가능하거나 저장수를 중수도로 사용하고자 할 때에는 집수정(53)과 펌프(54)를 설치하여 양수한다.

본발명에 따른 또다른 실시예로서 하부 여과(infilteration) 저류지에 적용할 수 있는 방법으로서 유기물과 입자상 오염 물질을 다량 함유한 빗물, 하천수 등을 저류하는 저류지에서 저류지 바닥 하부에 필터층을 만들어 놓고 저류지에서 입자상 물질을 침전으로 제거한 후 상등수를 빗물 정수기를 통하여 하부 필터층으로보내서 용해성 유기 물질등을 제거하는 방법이다.

필터층은 모래, 자갈, 제오라이트 등의 자연재료 또는 인공재료로 만들며 필터층 상부에 저류지 상등수를 균등히 분해할 수 있는 수평유공관을 다수 설치하고 이 유공관을 빗물 정수기 유출관과 연결하고 필터층 내부 또는 외부에 집수정을 설치한다.

필터층 상부 저류지 바닥에는 침전물이 필터층으로 유입되지 않도록 모래층 또는 차단막을 포설한다.

빗물 정수기는 입자상 물질을 손쉽게 제거할 수 있으며 유지 관리가 용이한 포말이형 정수기가 경제적이다.

필터층을 통과한 물은 집수정 하부에서 집수되며 상승하여 월류 방류됨으로서 저류지의 수위가 확보된다.

이상과 같이 본발명은 상술한 특성의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서청구하는 본 발명의 요지는 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

상기된 바와 같이 본 발명에 따른 저류지를 이용한 빗물 정화방법 및 그 장치는, 첫째, 빗물과 함께 유출하는 비점오염 물질을 확실히 제거할 수 있고. 둘째, 홍수 조절용 저류지를 홍수 조절과 동시에 수질정화용으로 활용할 수 있으며, 셋째, 비점오염물질 정화용 저류지를 홍수조절용으로 사용할 수 있고, 넷째, 초기 강우 유출수만을 대상으로 하므로 수질정화 시설의 규모를 작게할 수 있으며, 다섯째, 침전과 여과를 실시하므로 수질정화 효율이 높고 처리 수질이 안정적이고, 여섯째, 침전후 여과를 실시하므로 여과 시설의 규모를 작게할 수 있고, 일곱째, 오염된 빗물을 정화하여 중수도로 재사용할 수 있으며, 여덟째, 유입수질, 유역의 규모, 설치장소등에 지장을 적게 받을 뿐만 아니라 여과시설 부지가 필요없고 처리시설 규모가 작아져 공사비가 저렴한 효과가 있으고, 아홉째, 유지 관리가 용이함과 동시에 비용은 적게 들고 효율은 높은 저비용 고효율 기술로서 기존의 방법에 비하여 효과적이고 경제적인 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (7)

1. 초기 강우 유출수를 분리하는 우수토실(11)을 형성하고 상기 우수토실에는 유입관로(12),유출관로(13)와 차집기능을 가지면서 빗물이 저류지로 유입되도록 저류지로 연결된 분리관로(14)로 구성된 빗물차집시설(10)과;

   상기 빗물차집시설(10)의 우수토실(11)에서 분리관로(14)를 통해서 빗물이 저류지(21)로 유입되는 저류시설(20)과;

   상기 저류시설(20)에 유입된 빗물을 정화하기 위하여 저류지(21)의 소정 위치에 설치되는 출입문을 가지는 부유물 차단망(33)과 다수개의 빗물정수기(34)로 형성된 빗물정화장치(30)와;

   상기 빗물정수기(34)를 통과한 빗물이 방류밸브(52)의 개폐에 의하여 배출관 (51)을 따라 하천 등으로 방류되도록한 배출시설(50)과;

   상기 저류시설(20)을 유지관리하기 위하여 차량등 장비가 진입되도록 경사출입로 (27)가 설치된 유지관리시설(60)로 구성되되 서로 상호관계를 기능적으로 연결하여 효율이 극대화될 수 있도록 이루어짐을 특징으로하는 저류지를 이용한 빗물 정화 장치
2. 제1항에 있어서, 상기 빗물차집시설(10)의 우수토실(11)은 저류지(21)와 같은 위치에 설치하여 우수토실의 홍수위(16)와 저류지의 홍수위(26)를 같은 높이로하고 저류지로 유입하는 우수토실의 분리관로(14)를 유출관로(13)보다 낮게 설치함을 특징으로하는 저류지를 이용한 빗물 정화 장치
3. 제1항에 있어서, 상기 저류시설(20)의 저류지(21)는 바닥을 깊게 파서 저류지 바닥(23)에 사수위(25)를 만들어 토사 등 부유물질이 침전되도록하되 침전물 퇴적층위애 배출관(51)을 설치함을 특징으로하는 저류지를 이용한 빗물 정화 장치
4. 제1항에 있어서, 상기 빗물 정수기(34)는 사각형통 또는 원통형태로서 상하부면을 밀폐되도록 판으로 막되 하부판 중앙에 유출구멍(47)을 뚫어 유출관(47a)을 붙이고 외부면은 수중에 잠겨서 물이 통과할 수 있도록 외부망(45)을 설치한 다음 여포, 흡착포, 세목 망사(45c) 등을 감싸는 한편, 중앙부에도 망으로 수직수로(45a)를 형성하여 하부판(44)의 유출관(47a)에 연결하거나 유출구멍 (47)을 망으로 막아서 이 양망 사이 공간에 수질정화에 필요한 입자상 여재(49)를 충진함을 특징으로하는 저류지를 이용한 빗물 정화 장치
5. 제1항에 있어서, 상기 빗물 정수기(34)는 사수부 이용 여부에 따라서 사수위(25) 위쪽만을 이용하는 상부 몸통형 정수기(100)와, 사수위 아랫쪽도 함께 이용하는 상하부 몸통형 정수기(200)로 구분되고, 여재 충진 방법에 따라서 몸통 내부 여재 충진 공간(49a)을 한 종류의 여재로 충진하는 단여재 충진형 정수기와, 충진 공간(49a)을 몇개의 망으로 구획하여 여러 종류의 여재를 충진하는 다여재 충진형 정수기로 구분되며 또한, 배출관(51)의 연결 방법에 따라서 직결형 정수기와쟁반 안치형 정수기(300)로 구분하여 상기 각 정수기를 저류지의 여건에 따라 선택적으로 사용함을 특징으로하는 저류지를 이용한 빗물 정화 장치
6. 초기 강우 유출수가 우수토실(11)의 분리관로(14)를 통하여 저류지(21)에 선착순 저장되면서 저류지의 사수위(25)에는 빗물에 포함된 실트류, 점토,모래,자갈 등과 같은 이물이 침전되고, 유입되는 빗물에 포함된 부유물은 저류지(21)에 설치된 부유물 차단망(33)에 1차로 걸러지게되고 걸러진 빗물은 빗물 정수기(34)를 통과하면서 2차로 정수되어 빗물정수기(34)에 연결된 배출관(51)을 통하여 하천으로 배출되도록하는 한편,

   유입되는 빗물의 수위가 저장수위(24)까지 도달하면 우수토실(11)의 분리관로(14)가 유입관로(12)와 유출관로(13)보다 낮게 설치되어 있어서 더 이상 빗물이 저류지로 유입이 되지 않고 우수토실의 유출관로(13)를 통하여 배출되도록함은 물론, 먼저 저류지에 저장되어 정수된 빗물이 하천 등으로 배출된 만큼의 빗물이 유입되도록 저류지를 회분식으로 운영함으로서 홍수예방과 수질정화효과를 동시에 달성할 수 있도록 함을 특징으로하는 저류지를 이용한 빗물 정화 방법
7. 우수토실(11),유입관로(12),유출관로(13) 및 분리관로(14)로 구성된 빗물차집시설(10)과;

   상기 우수토실(11)에서 분리관로(14)를 통해서 빗물이 저류지(21)로 유입되는 저류시설(20)과;

   상기 저류지(21)의 소정 위치에 설치되는 출입문을 가지는 부유물 차단망 (33)과 다수개의 빗물정수기(34)로 형성된 빗물정화장치(30)와;

   상기 빗물정수기(34)를 통과한 빗물이 배출관(51)을 따라 방류되도록 한 배출시설(50)과;

   상기 저류시설(20) 및 빗물정화장치(30)를 유지관리하기 위하여 차량등 장비가 진입되도록 경사출입로 (27)가 설치된 유지관리시설(60)에 있어서,

   상기 우수토실(11)과 저류지(21)의 상부면을 콘크리트로 복개하되 우수토실 (11)의 상부에는 맨홀(62)을 설치하고 저류지의 상부에는 빗물 정수기(34)의 설치 및 교체를 위한 맨홀(62) 및 개방된 경사 출입로(61)를 설치하되 개방부에는 그레이팅 뚜껑 또는 펜스를 설치는 한편, 저류지내 저장수가 자연유하로 배출 불가능하거나 저장수를 중수도로 사용하고자 할 때에는 집수정(53)과 펌프(54)를 설치하여 양수함을 특징으로하는 저류지를 이용한 빗물 정화 장치