KR100447049B1 - 우수토실 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 우수토실의 웨어높이가 낮고 오리피스 관경이 작아서 발생하는 평상시 월류사고방지에 하나의 목적이 있으며, 그 다음 목적은 평상시 월류사고 방지를 위해 웨어높이를 높이고 오리피스 관경을 키울 경우 강우시 발생하는 오염농도와 상관없이 하수를 차집하는 불합리한 차집패턴을 합리적으로 변경하여 하천으로 월류하는 오염부하량을 최소화하기 위한 우수토실 제어시스템을 제공함에 있다.

이에 본 발명은 우수토실로 유입되는 오수의 양과 오염 정도를 검출하기 위한 감지부와, 상기 감지부의 신호를 연산하여 상기 우수토실과 차집관로를 연결하는 연결관의 오리피스 개폐정도를 제어하기 위한 컨트롤러, 상기 컨트롤러의 출력신호에 따라 상기 연결관의 오리피스를 개폐시키기 위한 개폐부를 포함하는 우수토실 제어 시스템을 제공한다.

Description

우수토실 제어 시스템{System for controlling Regulators}

본 발명은 합류식 하수도의 우수토실에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수토실로부터 차집관로로 차집되는 하수의 양을 우수토실로 유입되는 하수량 및 오염정도에 따라 실시간으로 제어할 수 있도록 된 우수토실 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 가정 및 공장에서 발생된 오수나 폐수 또는 우수는 도 1에 도시된 바와 같이 옥내관을 통하여 배수설비로 집수되어 합류식 공공하수도(10)로 접속되고, 상기의 합류식 하수도(10)에는 우수토실(20)이 차집관(30) 사이에 설치되어강우시 일정량 이상은 하천 등으로 방류하게 되며, 상기 차집관(30)은 하수종말 처리장(40)과 연계되어 우수토실(20)로부터 유입된 하수를 하수종말 처리장(40)으로 보내고, 하수종말 처리장(40)에서 치리된 오수는 하천 등으로 방류하게 된다.

여기서 상기 우수토실은 합류식 하수도에서 우천시에 어떤 일정량의 하수를 차집하여 하수 처리장에 수송하고 나머지 하수를 하천 등의 수역으로 방류하기 위한 시설을 의미한다. 즉, 합류식 하수도에서 청천시에는 생활오수를 전량 차집하며 우천시에 대량의 우수를 하수처리장으로 보내 처리한다는 것은 처리장의 건설비와 유지관리비가 커지며, 또한 대구경의 관거가 소요되어 비경제적이다. 따라서 방류수역별로 계획된 하수량이 우천시 계획하수량(시간최대오수량의 3배)에 달하면 그 이상의 우수는 방류하천으로 월류시키도록 설치한 구조물이 필요하며 이러한 구조물을 우수토실이라 한다.

상기한 우수토실은 하수 유입구와 우수 유입구가 연계되고, 저부 일측에는 오수를 차집관로로 연결되는 연결관이 설치되고 바닥면에는 일정높이의 웨어가 설치되어, 이 웨어를 월류한 우수는 곧바로 하천 등으로 방류하게 되는 구조이다

그런데 종래의 우수토실은 유지관리의 용이함을 위해 연결관에 설치되는 오리피스에 스크린을 설치하게 되는 데, 이로 인해 연결관은 자주 폐색되어 월류사고를 초래하는 문제점이 있다.

또한, 일반적으로 시간 최대 하수량의 3배를 차집하기 위해서는 월류 웨어의 높이가 매우 낮을 수 밖에 없어 국내에서는 우수토실내 고형물 퇴적으로 인해 설계대로 시공하는 경우 평상시에도 월류사고가 빈번하게 발생하게 된다. 따라서 종래에는 이를 막기 위해 설계기준보다 과대하게 웨어 높이를 높여 시공하였다. 그러나 상기한 종래의 구조는 유량 제어가 웨어의 높이와 연결관의 단면적에 의해 이루어짐에 따라 강우가 지속되어 하수의 농도가 낮은 경우에도 계획 하수량(일반적으로 시간 최대 하수량의 3배) 이상의 유량이 차집되고, 상류쪽에 설치된 우수토실의 경우 강우시 시간최대 하수량의 10배 이상을 차집하게 되며, 이로인해 하수 하류 쪽에 설치된 우수토실로 유입되는 하수는 전량 월류하게 되는 문제점이 있다.

또한, 제외지에 설치된 우수토실은 홍수시 하천수가 차집관거로 유입되므로 하수처리장 내 유입펌프장의 작업부하 증대로 에너지 낭비의 원인이 되며 하수처리장 유입수질 저하로 하수처리장 운영에 어려움을 가중시키게 된다.

또한, 과대한 웨어 높이 및 하천수 역류현상 등으로 인해 국내 하수관로 시스템은 상류관로에서 계획이상의 유량이 차집되므로 인해 하류 관로에서는 차집관으로 전혀 차집되지 않고 발생 하수 및 강우유출수가 전량 하천으로 방류되는 모순이 발생된다.

또한, 합류식 하수도는 통상 우천시를 기준으로 설계되므로 청천시에는 유속을 확보하기 힘든 곳이 대부분이며 이로 인해 우수토실 내에는 항상 고형물이 침전되어 있다. 특히, 간선관로에 비해 단면이 넓어지는 우수토실의 경우 이런 고형물 침전은 더욱 심각하며 고형물 침전으로 웨어 높이가 상대적으로 낮아져 월류사고가 빈번해지는 문제점이 있다.

또한, 종래의 오수 차집시스템의 경우 우수토실에서 연결관의 오리피스를 통해 차집관로로 유입되는 양은 오리피스의 단면적 및 수위에 비례한다. 즉, 강우초기 고농도하수가 발생할 때는 적은 양을 차집하고 강우가 지속되어 수위가 상승하여 오염농도가 낮아졌을 때 많은 양을 차집하므로 차집유량과 차집 오염부하는 비례하지 않는 불합리한 점이 있다.

따라서 본 발명자들은 평상시 월류사고를 방지하기 위해 웨어의 높이 및 연결관 관경을 키우더라도, 농도를 감지할 수 있는 센서를 설치하므로써 오수의 유입량과 오염정도에 따라 차집관로로 유입되는 오수의 양을 적절히 제어하여 고농도 오수의 월류사고 또는 하천으로 월류되는 오염부하량을 최소화하기 위한 우수토실 및 우수토실 제어 시스템의 개발을 시도하였다.

그 개발 과정에서, 실용화에 지장이 생기지 않는 시스템을 얻기 위하여 다음과 같은 기술적 과제를 해결할 필요가 있음을 발견하였다.

첫째, 오수의 유입량과 함께 오수의 농도에 따른 차집량을 제어하여 강우 초기 고농도 하수는 가능한 많이 차집하고 강우 후반부 저농도 하수는 조금 차집할 수 있는 구조가 필요하다.

둘째, 하천수위가 상승하여 하천수가 우수토실로 유입되는 경우 연결관의 오리피스를 폐쇄하여 하천수 유입을 막을 수 있어야 한다.

셋째, 연결관의 오리피스의 구조를 개선하여 오리피스가 폐색되는 것을 방지할 수 있어야 한다.

넷째, 우수토실내에 토사 등 고형물이 퇴적되는 것을 방지할 수 있어야 한다.

다섯째, 차집관로를 따라 배치되는 각각의 우수토실의 오수 차집량을 실시간으로 제어하여 한정되어 있는 차집관로 용량으로 발생되는 오염부하를 최대한 수용하는 차집방식이 필요하다. 따라서 유달시간차이에 따라 상이한 양과 수질을 보이는 각 우수토실을 중앙에서 통합운영하기 위한 운영시스템이 필요하다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 요구사항에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 첫째 본 발명은 오수의 유입량과 오염정도에 따라 연결관의 오리피스 개방량을 제어하여 차집오염부하는 최대화하고 하천으로 월류되는 오염부하는 최소화활 수 있도록 된 우수토실 제어시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

둘째, 본 발명은 하천수의 역류를 방지할 수 있도록 된 우수토실 제어시스템을 제공함에 또다른 목적이 있다.

셋째, 오수에 포함된 이물질에 의해 연결관의 오리피스가 폐색되는 것을 방지할 수 있도록 된 우수토실 제어시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

넷째, 우수토실로 유입되는 토사가 오리피스를 통해 흘러나갈 수 있도록 하여 고형물 침적에 따른 월류사고를 방지할 수 있도록 된 우수토실 제어시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

다섯째, 본 발명은 차집관로를 따라 설치된 다수개의 우수토실을 개별적으로 제어하여 각 우수토실의 오수량과 오염정도에 따라 차집량을 조절할 수 있도록 된 우수토실 제어시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

도 1은 일반적인 하수도 시스템을 도시한 개략적인 도면,

도 2는 본 발명에 따른 우수토실 제어 시스템을 도시한 개략적인 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 우수토실을 도시한 개략적인 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 우수토실 제어 시스템의 흐름도,

도 5는 본 발명에 따른 우수토실 제어 시스템과 종래 우수토실의 차집방식을 비교한 도면이다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 우수토실로 유입되는오수의 양과 오염 정도를 검출하기 위한 감지부와, 이 감지부의 신호를 연산하여 상기 우수토실 연결관의 오리피스 개폐정도를 제어하기 위한 컨트롤러, 상기 연결관에 설치되어 상기 컨트롤러의 출력신호에 따라 상기 연결관의 오리피스를 개폐시키기 위한 위한 개폐부를 포함한다.

상기 감지부는 오수의 양을 감지하기 위한 수위센서와, 오염정도를 검출하기 위한 전기전도도 또는 SS(Suspended Solids)측정센서가 사용될 수 있으며 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 컨트롤러는 오수의 양과 오염정도를 변수로 하여 연결관의 개폐량을 계산하기 위한 로직 프로그램이 내장된다.

상기 개폐부는 연결관의 오리피스 관로상에 설치되는 수문과, 오리피스를 개폐시킬 수 있도록 상기 수문을 승하강시키기 위한 구동수단을 포함한다.

상기 구동수단은 에어 또는 유압에 의해 작동되는 구동실린더 또는 모터 등이 사용되며 모터 사용시 모터의 회전운동을 수문의 승하강운동으로 전환시키기 위한 이송스크류 등의 운동전환기구가 구비된다.

따라서 강우 개시 후 오수의 오염정도가 충분히 낮아지는 시점까지의 고농도 오수를 완벽히 차집하여 고농도 오수의 월류에 따른 하천 오염을 방지할 수 있으며, 상기 수문을 폐쇄시킴으로써 하천수의 역류를 차단할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기 우수토실의 연결관에 설치되는 스크린의 방향을 하천방향으로 향하도록 함에 그 특징이 있다.

특히 횡월류식 우수토실에 설치된 스크린의 경우 협잡물들이 잘 제거되지 않으므로 더욱더 스크린을 하천방향에 설치해야 하며 또한, 오리피스의 크기는 가능한 크게 한다.

또한, 본 발명은 상기 우수토실 내측에 인버트가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상류에서부터 다수개의 우수토실이 설치되는 차집관로에 있어서, 한정된 차집관로의 용량에 대해 각 우수토실로 유입되는 오수의 오염정도에 따라 차집량을 제어하여 오염부하를 최대한 수용할 수 있도록 한다.

이를 위해 본 발명은 각 하수관거와 차집관로를 연결하는 각 우수토실에는 우수토실로 유입되는 오수의 양과 오염 정도를 검출하기 위한 감지부가 설치되고, 상기 각 우수토실의 연결관에는 연결관의 오리피스 개폐량을 조절하기 위한 개폐부가 설치되어, 상기 각 감지부의 신호를 인가받은 컨트롤러는 각 우수토실에서의 오수의 양과 오염정도에 따라 상기 각 개폐부를 제어작동시키는 구조로 되어 있다.

따라서 고농도 하수가 발생된 오수토실의 하수를 보다 많이 차집함으로써 오염부하 차집측면에서의 차집관로 용량을 최대한 활용할 수 있는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 하수도 시스템을 도시한 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 우수토실 제어 시스템을 도시한 개략적인 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 우수토실을 도시한 개략적인 단면도이다.

상기한 도면에 의하면, 본 발명의 제어 시스템은 우수토실(20) 일측에 설치되어 우수토실(20)로 유입되는 오수의 양을 감지하기 위한 수위센서(50)와 오수의 오염 정도를 검출하기 위한 전기전도도 또는 SS센서(51)를 포함하는 감지부와, 이 감지부의 신호를 연산하여 상기 우수토실(20) 내의 오수의 양과 오염 정도에 따라 상기 우수토실(20) 연결관(21)의 오리피스 개폐정도를 제어하기 위한 컨트롤러(60), 상기 연결관(21)에 설치되어 오리피스를 개폐하는 수문(70)과, 상기 컨트롤러(60)의 출력신호에 따라 상기 수문(70)을 승하강시키는 구동모터(71)를 포함하여 오리피스의 개폐량을 조절하기 위한 개폐부를 포함한다.

따라서 각 측정 센서(50,51)의 값은 컨트롤러(60)로 인가되고 컨트롤러(60)는 내장된 로직 프로그램에 따라 상기 값을 연산하여 개폐부의 구동모터(71)에 제어신호를 출력함으로써 수문(70)을 제어작동하여 필요한 양의 오수를 차집관으로 차집할 수 있게 되는 것이다.

상기 컨트롤러(60)는 키패드(key-pad)를 포함함에 따라 로직 프로그램에 기준값을 입력할 수 있도록 한다. 따라서 작업자는 키패드를 이용하여 설정치를 변경함으로써 수문(70)의 개폐정도를 임의로 조절할 수 있게 된다

상기 컨트롤러(60)에 설정된 로직 프로그램은 도 4에 도시된 바와 같다.

우선 수위 설정값과 수질 설정값을 컨트롤러(60)에 내장시킨다.(S100)

이 수위값 이하에서는 연결관(21)의 입구인 오리피스는 100%개방되어 발생하는 오수를 가능한 많이 차집할 수 있게 된다. (S110,S130)

수위가 상승하여 설정값 이상이 되는 경우에는 수질측정용 센서(전기전도도 또는 SS)의 값을 판단하게 된다.(S120)

이 때 수질 설정값 이상이 되는 고농도 하수가 발생하는 경우에는 오리피스를 여전히 100%로 개방하여 가능한 많은 양의 하수를 차집한다.(S140)

그러나 수질 설정값 이하로 되어 저농도 하수가 발생하게 되는 경우에는 오리피스의 개도를 줄여 차집하수량을 줄이기 위해 수문(70)을 조작하게 된다.(S150)

여기서, 상기 우수토실(20) 저부에는 인버터가 설치되는 데, 상기 인버트(80)는 우수토실(20)로 연결되는 하수관과 연결관(21)의 하반원에 상당하는 크기의 수로(81)가 형성된 블록으로 우수토실(20) 바닥에 설치되어 하수관과 연결관(21)을 유연히 연결하게 된다. 따라서 토사 등의 고형물은 수로를 따라 원활히 연결관(21)으로 흘러갈 수 있게 된다.

바람직하게는 상기 블록의 상단은 수로를 향해 일정각도로 기울어지도록 하여 고형물의 수로 유입이 더욱 원활히 이루어지도록 한다.

또한, 상기 계측장비인 전기전도도센서 또는 SS측정센서(51)에는 주기적으로 에어 또는 세척수를 분사하여 센싱부를 세척할 수 있도록 된 세척장치를 별도로 설치하여, 장시간 사용시 센싱부 오염으로 인한 측정값의 신뢰도 저하를 방지함이 바람직하다.

그리고 상기 우수토실(20) 내에 설치되는 웨어(22)는 충분히 높여 설치할 수 있는 데, 이는 수문(70) 조정을 통해 유량을 조절할 수 있기 때문이다. 그러나 웨어(22) 높이를 과대하게 높이는 경우 우수토실(20) 상류부의 침수에 영향을 줄 수 있으므로 이를 고려한다.

상기한 구조의 본 시스템의 작용에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5에 나타난 바와 같이 수위에 의해 유량이 제어되는 종래의 우수토실은 모두 강우초기 수위가 낮을 때 고농도 하수는 적게 차집하고, 수위가 높아져 하수 농도가 낮아질 때 많은 양을 차집하는 불합리한 차집방식으로 운영되고 있다. 즉 오염부하와는 무관하게 하수를 차집하므로써 하천수질에 심각한 악영향을 끼치며 제한된 차집관로용량을 최대한 활용하지 못하고 있는 것이다. 이에 비해, 개선된 본 시스템의 차집방식은 유량과 수질을 모두 고려함으로써 강우 초기 고농도의 하수는 충분히 차집하여 고농도의 하수가 월류되는 것을 방지하고, 오수의 농도가 일정치 이하로 줄어들었을 때는 오리피스의 수문(70) 개도를 축소 또는 닫아 하천으로 월류되는 양을 늘림으로써 하수처리장으로의 과도한 오수 유입을 막아 처리장 동력비 절감 및 유입수질 저하로 인한 하수처리장 운영의 어려움을 줄일 수 있게 된다.

즉, 컨트롤러(60)는 각 센서(50,51)의 신호를 인가받아 오수의 수량과 오염정도에 따라 출력신호를 구동모터(71)로 인가하게 되고 구동모터(71)는 상기 컨트롤러(60)의 신호에 따라 수문(70)을 개폐하게 된다.

수문(70)의 조작은 강우로 인해 수위가 상승하여 설정값 이상이 되는 경우 시작되는데, 이 수위 이상이 되면 전기전도도 값 또는 SS값에 의해 수문(70)제어를 행하게 된다.

또한, 본 시스템에서 수문(70)은 평상시에는 오리피스 단면적을 최대로 하여(100% 개도) 유지관리의 용이성을 최대한 확보하게 되며, 주기적으로 수문(70)을 개폐하여 유속을 증가시키고 수문(70)의 물리적인 힘에 의해 수문(70)을 막고있는 물체들을 파쇄하므로써 평상시 월류사고를 방지하게 된다.

한편, 본 발명의 또다른 실시예에 따르면 차집관로로 연결되는 각개의 우수토실(20)을 중앙에서 통합관리할 수 있는 데, 이를 위해 차집관로로 연결되는 각 우수토실(20)에는 우수토실(20)로 유입되는 오수의 양을 측정하는 수위센서(50)와 오염 정도를 검출하는 전기전도도 또는 SS센서(51)를 포함하는 감지부가 설치되고, 상기 각 우수토실(20)의 연결관(21)에는 연결관(21)의 오리피스를 개폐하는 수문(70)과 이 수문(70)을 승하강시키는 구동모터(71)를 포함하는 개폐부가 설치되며, 상기 각 감지부의 신호를 인가받은 컨트롤러(60)는 각 우수토실(20)에서의 오수의 양과 오염정도에 따라 각 개폐부를 제어작동시켜 차집관로의 전체용량을 고려하여 하천으로 월류되는 오염정도를 최소화하고 차집되는 오염부하량을 최대로 하는 방향으로 각 우수토실(20)의 차집량을 조절하는 구조로 되어 있다.

따라서 유달시간차이에 따라 상이한 양과 수질을 보이는 각 우수토실(20)을 중앙에서 통합운영하여 각 우수토실(20)의 수문(70)개도를 조절함으로써 차집관로 용량을 최대한 활용할 수 있는 실시간 제어 시스템을 도출할 수 있다. 즉, 각 우수토실(20)에서의 양과 수질을 측정한 결과를 토대로 고농도 하수가 발생되는 우수토실(20)의 하수를 많이 차집하므로써 오염부하 차집측면에서의 차집관로 용량을 최대한 활용할 수 있는 시스템을 얻게 되는 것이다. 이런 시스템은 하류 우수토실(20)에서 강우시 발생하는 하수가 전량 월류되는 문제점을 개선할 수 있으며 오염부하 측면에서 하천으로 방류되는 오염물질을 최소화할 수 있을 것이다.

여기서, 상기 컨트롤러(60)의 신호를 받아 작동되는 수문(70)은 인버터 제어방식을 적용하여 각 우수토실(20)별 상황에 맞게 개도를 조절할 수 있도록 한다. 또한, 언급한 바와 같이 주기적인 수문(70) 완전개방으로 이물질에 의해 연결관(21)이 폐색되는 것을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 우수토실 및 우수토실 제어 시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 얻게 된다.

첫째, 수문에 의해 유량조절이 가능하므로 오리피스 관경 및 웨어높이를 높일 수 있어 평상시 월류사고를 방지할 수 있고, 수문을 주기적으로 개폐시킴으로써 오리피스 근처의 협잡물을 분쇄할 수 있어 오리피스 폐색의 문제를 획기적으로 개선시킬 수 있다.

둘째, 본 시스템은 하천수가 역류하는 경우 수문(70)을 완전히 막아 하천수 유입을 원천적으로 막을 수 있으므로, 하천수 역류에 따라 처리장으로 이송하지 않아도 되는 하수가 유입되어 하수 처리를 위한 동력비 낭비 및 유입수질 저하로 인한 처리장 운영의 어려움을 줄일 수 있게 된다.

셋째, 우수토실내로 유입되는 오수의 유량과 수질을 동시에 고려하여 차집량을 조절함에 따라 제한된 차집관로 용량에서 최대한의 오염부하를 차집할 수 있게 되어 차집관로 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

넷째, 차집관로 전단의 각 우수토실은 유달시간이 상이하고 유역 및 강우특성에 따라 다양한 유출(유출량 및 오염부하량)경향을 보이므로 차집시 유량, 농도 등을 실시간으로 측정하여 전체 차집관로 시스템 또는 저류지를 고려한 유역 전체시스템의 운영시 활용할 수 있게 되며, 기존 시설의 효율을 극대화할 수 있어 추가 시설물에 소요되는 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 오수의 양을 감지하기 위한 수위센서와, 오염정도를 검출하기 위한 전기전도도 또는 SS센서를 포함하여 우수토실로 유입되는 오수의 양과 오염 정도를 검출하기 위한 감지부와;

   상기 감지부의 신호를 연산하여 상기 우수토실과 차집관로를 연결하는 연결관의 오리피스 개폐정도를 제어하기 위한 컨트롤러,

   상기 연결관의 오리피스 관로상에 설치되는 수문과, 오리피스를 개폐시킬 수 있도록 상기 수문을 승하강시키기 위한 구동수단을 포함하여, 상기 컨트롤러의 출력신호에 따라 상기 연결관의 오리피스를 개폐시키기 위한 위한 개폐부를 포함하는 우수토실 제어 시스템.
2. 차집관로로 연결되는 각 우수토실에는 우수토실로 유입되는 오수의 양을 측정하는 수위센서와 오염 정도를 검출하는 전기전도도 또는 SS센서를 포함하는 감지부가 설치되고,

   상기 각 우수토실과 차집관로를 연결하는 연결관에는 연결관의 오리피스를 개폐하는 수문을 포함하는 개폐부가 설치되며,

   상기 각 감지부의 신호를 인가받은 컨트롤러는 각 우수토실에서의 오수의 양과 오염정도에 따라 각 개폐부를 제어작동시켜 차집관로의 전체용량에 대해 각 우수토실의 차집량을 조절하도록 된 우수토실 제어 시스템.