KR100546060B1 - 초기강우 유출수 정화장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도시지역의 하천이나 수로 등에서 강우시 유입하는 오염된 초기 강우 유출수를 정화하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서 특히 도시하천의 평상시 수위와 오염된 초기강우 유출수 유입으로 증가하는 수위 사이에 흐름방향에 대하여 경사진 하부 기초보와 스크린 보를 하천바닥에 설치하고 스크린보 하류부 둔치나 제방에 물이 통과할 수 있는 협잡물 저장실을 설치하여 스크린으로 오염수중의 협잡물 등을 분리하여 저장하고 스크린보를 통과한 오염된 하천수는 하부기초보와 스크린보 뒤에 설치된 여과시설을 통과하면서 미세한 오염물질 등을 제거하는 초기강우 유출수를 정화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

하부기초보, 스크린보, 단위 스크린, 쐐기형 막대기, 고정대, 하부 집수판

Description

초기강우 유출수 정화장치 및 그 방법{a purifier and method of outflow water to the early stage of a heavy rain}

도 1은 도시 하천에서의 유출곡선도

도 2는 도시 하천에서의 수위변동도

도 3은 본 발명의 전체 구성을 나타낸 평면도

도 4는 도 3의 'A - A' 부분의 단면도

도 5는 도 3의 'B - B' 부분의 단면도

도 6은 도 3의 'C - C' 부분의 단면도

도 7은 도 3의 'D - D' 부분의 단면도

도 8은 본 발명에 따른 쐐기형 막대기 스크린의 정면도

도 9는 본 발명에 따른 쐐기형 막대기 스크린의 단면도

도 10은 본 발명에 따른 단위 스크린의 정면도

도 11은 본 발명에 따른 여재가 충진된 포대 사시도

도 12는 본 발명에 따른 또 다른 제1실시 예시도로서 전체 평면도

도 13은 도 12의 'E - E' 부분의 단면도

도 14는 도 12의 'F - F' 부분의 단면도

도 15는 도 12의 'G - G' 부분의 단면도

도 16은 본 발명에 따른 또 다른 제2실시예시도로서 중앙부에 개방수로가

설치된 유출수 정화 장치의 평면도

도 17은 도 의 'H - H' 부분의 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 명칭*

1: 평상시 하천의 유출량 1a: 평상시 하천의 수위

2: 유량증가 감소량 3: 평상시 유량

4: 초기강우 유입 증가 유량 4a: 증가유량수위

5: 홍수량 5a: 홍수위

6: 초기강우 유입량 7: 초기 강우 유입으로 증가된 수위

11: 하부기초보 12: 스크린보

12a: 단위 스크린 12b: 쐐기형 막대기

12c: 고정대 13: 하부 집수판

13a: 집수공간 14: 여재충진포대

14a: 여재 15: 방류구

16: 여과시설 17: 맨홀뚜껑

18: 맨홀 19: 스라브

20: 협잡물 저장실 21: 협잡물 유입구

22: 협잡물 저장공간 23: 물 배출구

23a: 스크린 24: 맨홀

25: 스라브 30: 하천바닥

50: 하부기초보 51: 보첨단부

60: 차집관 71: 개방수로

100: 하천수로 110: 제방 또는 둔치

본 발명은 도시지역의 하천이나 수로 등에서 강우시 유입하는 오염된 초기 강우 유출수를 정화하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서 특히 도시하천의 평상시 수위와 오염된 초기강우 유출수 유입으로 증가하는 수위 사이에 흐름방향에 대하여 경사진 하부 기초보와 스크린 보를 하천바닥에 설치하고 스크린보 하류부 둔치나 제방에 물이 통과할 수 있는 협잡물 저장실을 설치하여 스크린으로 오염수중의 협잡물 등을 분리하여 저장하고 스크린보를 통과한 오염된 하천수는 하부기초보와 스크린보 뒤에 설치된 여과시설을 통과하면서 미세한 오염물질 등을 제거하는 초기강우 유출수를 정화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도시에는 많은 사람들이 생활하고 있으며 이에 따라서 각종 오염물질이 발생한다.

이들 오염물질 중에는 하수와 토지표면에서 발생하는 비점오염물질이 있다.

도시는 하수를 배제하기 위하여 하수도를 설치하고 있으며 하수도에는 오수와 우수를 따로 분리하는 분류식 하수도와 오수와 우수를 함께 배제하는 합류식 하수도가 있다.

옛날부터 형성된 오래된 도시는 대부분이 합류식 하수도가 설치되어 있어서 한 관으로 하수와 우수를 배제하며 이들 하수도는 하천쪽으로 설치되어서 하수와 초기강우 유출수가 하천으로 유입하며 이에 따라서 하천이 오염되고 있다.

대부분의 도시에서는 하천의 수질보호를 위하여 유역의 하류부에 하수처리장을 설치하고 하천을 따라서 차집관을 설치하여 하수를 차집하여 처리장으로 유입시키고 있다.

이와 같이 하수를 차집하여 하류부 하수처리장에서 처리하는 하천에서는 하수의 차집으로 평상시에는 하천에 유량이 적으나 강우시에는 빗물이 유입되어 유량이 증가한다.

그러나 무계획적으로 개발되어 밀집된 하천변 지역에서는 난개발과 하천의 복개 등으로 여유부지가 없어서 차집관의 설치가 어려운 지역이 있다.

이런 지역은 차집관이 없이 하천으로 하수가 직접 유입되므로 하천은 대형 하수도가 되며 하류부 하수처리장 부근 하천에 취수보를 설치하여 하천수가 포함된 하수를 차집하여 처리장에서 처리한 후 방류하고 있다.

한편, 합류식 하수도에서 하수관은 우수를 배제할 수 있도록 크게 설치되어 있으나 평상시에는 유량이 적으므로 비교적 느린 유속으로 하수관내 고형물이 침전되어 있다가 비가 오면 유량과 유속이 늘면서 침전물이 유출되어 수질이 악화된다.

따라서 합류식 하수도 지역에서는 하천의 수질 및 생활환경 보전을 위하여 평상시 흐르는 하수와 강우시 오염도가 높은 초기강우 유출수를 차집하여 하수처리장으로 이송하는 차집관을 설치하고 있다.

이 차집관은 일반적으로 평상시 하수량의 3배가 흐를 수 있는 규모로 설치하나 차집관 및 하수처리장의 규모는 부지확보, 공사비 등으로 더 이상 키울 수 없으므로 비가오면 오염도가 높은 초기강우 유출수의 상당량은 차집관에서 수용하지 못하고 하천으로 직접 유입되어서 하천이 오염된다.

이 오염수를 합류식 하수도의 월류수라고 하며 이 월류수는 공공수역 오염의 주요 요인이 되고 있다.

특히 하천이 복개되거나 난개발로 차집관 설치가 곤란하여 부득이 하천을 차집관으로 사용하는 도시하천에서는 평상시에는 하천수 전량을 차집하여 하수처리장에서 처리하고 있으나 강우로 유량이 증가하면 처리장 수용능력 이상의 유량은 하류로 유출하게 된다.

이 유출수도 월류수라고 말할 수 있으며 이 월류수는 매우 오염도가 높다.

한편, 분류식 하수도 지역에서는 평상시 하수는 오수관으로 유입되어 하수처리장으로 이송되나 비가 오면 노면 등에서 발생한 비점오염물질이 포함된 우수가 우수관을 통하여 하천으로 유입된다.

이상에서 설명한 바와같이 도시하천의 비점오염물질은 대부분이 하수도와 노면에서 발생하며 이 가운데서 노면에서 발생하는 비점오염물질을 살펴보면 다음과 같다.

도시의 도로, 주거지역, 상업지역, 건물지붕, 운동장 등의 노면에는 각종 오염물질이 쌓여 있다가 강우시 씻겨서 합류식 하수도 지역에서는 하수관이나 소규모 수로로, 분류식 하수도 지역에서는 우수관을 통하여 하천으로 유입한다.

이들 오염물질은 토사류, 용해성 오염물질, 미세한 무기 및 유기성 입자와 담배꽁초, 종이, 나무, 스치로폼, 비닐류, 섬유류, 플라스틱류 조각 및 음식물 찌꺼기, 기름성분 및 이들 오염물이 결합된 다양한 종류와 형태의 오염물이 있다.

이들 오염물질은 강우초기에 대부분 유출하며 유량 및 유속에 따라서 하수관이나 수로 등에서 침전, 부상, 유출이 일어난다.

이들 오염물질 중 유기성 오염물질과 부유성 쓰레기류가 공공수역 오염의 주요인이 된다.

유기성 오염물질은 수중의 산소를 고갈시키고 조류증식 등 부영양화의 원인물질이며, 부유성 쓰레기류는 하류부 연못, 저수지, 해양 등으로 유입되어 수중생태계와 경관을 해치게 된다.

이와 같이 도시의 넓은 지역에서 강우시 불규칙하게 발생하는 비점오염물질은 하수도 및 수로 퇴적물, 합류식 하수도의 월류수, 노면오염물 등이 있으며 이들은 강우와 함께 유출하며 강우가 유출하기 시작하는 초기가 가장 오염도가 높고 계속적으로 유출되면서 점차 오염물질이 씻겨나가고 유출량이 증가하여 희석되어서 오염도가 감소한다.

비점오염물질이 포함된 초기강우 유출수의 수질은 해당지역의 선행강우일수, 강우강도, 지속시간, 지형특성, 식생 밀도 등과 토지이용형태, 포장형태, 거리청소주기, 대기오염도 등에 따라서 차이가 있으므로 오랜만에 내린 비의 유출수는 매우 오염도가 높아진다.

국내외에서 조사한 바에 의하면 비점오염물질은 초기강우 누가유출량 5㎜에 서 총 발생 오염물질량의 70~90%가 유출하는 것으로 알려져 있다.

즉 강우시 비점오염물질의 최대유출은 초기강우 유출에서 일어나므로 우수최대유출보다 앞에서 발생한다.

이와 같은 도시하천에서의 강우로 인한 비점오염물질 유입과 유량 및 수위변동 관계로 보면 다음과 같다.

도시하천은 지역에 따라서 차이는 있으나 평상시에 기저유출로서 지하수와 산에서 나오는 계곡수가 있으며 여기에 하수가 유입된다.

평상시 흐르는 유량은 적은편이나 큰 변동이 없으며 수질과 수위 또한 변동이 적다.

그러나 비가 오면 도시는 불투수 면적이 많아서 표면유출이 다른 지역보다 많고 저류공간이 적어서 하천의 유량과 수위는 급격히 늘고 강우가 종료되면 바로 감소하는 특징이 있다.

한편 오염물질은 강우초기에 일시에 유출하므로 오염도가 높은 초기강우 5㎜가 하천에 유입하면 유량이 늘면서 오염도는 올라가나 수위는 평상시 수위보다 약간 높은 수위를 형성하며 흐르게 된다.

그 이후 유량이 계속 늘면 하천의 수위는 계속적으로 상승하며 홍수가 되면 산사태, 침식, 세굴 등으로 무기성 토사류가 증가되나 유기성 오염물질은 크게 증가하지 않고 오히려 오염도는 내려간다.

따라서 도시하천에서 오염도가 가장 높을 때는 초기강우가 유입되어 유량이 증가하기 시작하는 때이며 홍수 등으로 하천의 유량이 많을 때에는 오염도가 낮아 진다.

평상시 도시하천에 흐르는 물은 유량이 적으며 수위 또한 낮다.

비가 오면 유역에서 비점오염물질이 포함된 오염수가 유출하여 하천의 유량과 수위가 상승하게 된다.

그러나 총 오염물질의 대부분을 차지하는 오염된 초기강우 유출수는 약 5㎜ 정도로서 이 유출수에 의한 하천의 유량 및 수위증가는 그다지 크지 않고 홍수량 및 홍수위 보다는 훨씬 낮다.

이와 같은 도시하천의 특성을 감안할 때 도시하천에서 비점오염물질을 효과적으로 정화하려면 유량이 적으면서 비점오염물질의 대부분을 포함하고 있는 초기강우 유출수를 정화대상으로 하는 것이 필요하다.

도시하천에서 초기강우로 증가된 하천수에는 용해성 오염물질 및 미세 유기물은 물론 노면에서 발생한 부유성의 각종 쓰레기가 포함되어 있으므로 이 수량을 대상으로 정화하면 정화시설의 규모는 작아지면서 효과는 크게 된다.

현재 국내외에서 이와 같은 원리에 따라서 비점오염물질을 정화하는 방법은 없으며 다만 소규모 유량에 대하여 도시내 하수관로에 맨홀 형태의 구조물을 설치하는 다음과 같은 방법들이 사용되고 있다.

① 첫번째 방법 : 맨홀내부에 여재를 충진한 여과기를 설치하여 미세한 오염

입자를 여과하는 방법

② 두번째 방법 : 맨홀내부에 여재충진 없이 여과망으로 만든 여과기를 설치

하여 협잡물이나 큰 고형물 입자를 여과하는 방법

③ 세번째 방법 : 맨홀을 침전공간으로 이용하는 방법으로서 원심력이나 중

력으로 입자상 오염물질을 침진시키는 방법 등이 있다.

그러나 상기 방법들은 소규모 유량에 적용하는 기술들로서 공공수역의 수질보호 효과를 높이기 위해서는 해당유역의 많은 하수관 및 수로에 대하여 시설을 설치하여야 하므로 설치장소가 많아지고 이에 따라서 공사비가 많이 들고 유지관리가 어렵고 시설설치 및 유지관리 작업으로 생활환경이 훼손되며 그나마 기존도시에서는 설치장소 확보가 어렵다.

한편, 상기 두번째 방법으로 선출원 등록된 특허제0331594호, 유동액체로부터 고형물을 분리하는 장치는 하천이나 수로에서 직접 협잡물 등을 제거하는 방법이 제시되어 있다.

상기 방법에서는 협잡물을 제거하는 스크린(상기 특허에서는 '패널이라고 하는 벌집형 스크린'을 말함)을 하천에서 수직으로 설치하되 유체 흐름에 대하여 경사지게 설치하고 경사진 스크린에서 분리되어 운반된 협잡물의 수집시설을 하류부 둔치 또는 제방에 설치하는 방법이나 이 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 오염수중의 협잡물이나 큰 고형물은 제거 가능하나 수질오염의 주요인인 미세한 오염물질은 제거할 수 없다.

둘째, 스크린을 하천이나 수로의 전체유량에 대하여 설치하므로 유량 및 수질변동이 심한 도시 하천에서는 정화효과에 비하여 큰 시설을 설치해야 하므로 비경제적이다.

셋째, 스크린을 하천이나 수로의 전 단면에 대하여 설치하므로 스크린의 공 극을 제외하고 막힌 공간만큼 통수단면적이 감소하며 또한 스크린의 공극이 협잡물 등으로 막힐 경우에는 통수단면적이 더욱 감소하여 홍수 범람의 가능성이 커진다.

넷째, 공극이 벌집형으로서 망목이 크면 여과효과가 없으므로 망목이 작아서 유기성 오염물이 있는 오염수에서는 미생물 증식으로 공극이 막히며 공극이 막힐 경우 공극을 회복시키기 어렵고 또한 하천 전체 폭에 설치하므로 유지관리가 어렵다.

다섯째, 벌집형 스크린의 구조특성상 튼튼한 스크린 제작이 어렵고 또한 케이블에 의한 고정 방법이 약해서 통수단면적 감소로 가해지는 수압을 충분히 견디지 못하므로 큰 하천에는 설치가 어렵고 소규모 하천이나 수로에 설치할 수 있다.

여섯째, 스크린 하류부 제방이나 둔치에 설치되는 협잡물 집수구조물에 항상 물이 차 있으므로 습윤상태로 협잡물을 제거하여야 하며 집수정의 청소, 수질관리를 위하여 차단문, 펌프 등이 필요하고 이들의 유지관리가 어렵다.

또한, 선출원하여 등록된 특허제0328304호 "하천수질정화방법"에서는 하천에서 홍수시 떠내려오는 협잡물을 분리하는 방법으로서 스치로품을 충진한 폐타이어를 벽체형태로 엮어서 하천에 경사지게 띄우는 방법이 있다.

그러나 이 방법은 폐타이어 벽체가 부력을 가지고 수면을 따라서 움직이므로 하천의 수위가 높아야 적용가능하며 최상수위에 떠있는 협잡물을 분리하는 방법으로서 수위가 낮은 초기강우 유출수에는 적용이 어렵고 또한 협잡물이외의 미세한 오염물질은 제거가 불가능한 방법이다.

상기의 문제들을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은,

첫째, 도시지역에서 강우시 발생하는 비점오염물질을 정화함에 있어서 하수도 시설에 소규모 정화시설을 다수 설치할 때 생기는 부지확보 어려움, 공사비 과다. 유지관리 어려움, 생활환경 훼손 등을 해결하기 위하여 도시하천을 이용하여 하천내에서 비점오염물질을 통합정화하는 방법을 제공함에 있으며,

둘째, 하천에서 비점오염물질을 정화함에 있어서

① 최소의 시설설치로 큰 수질정화효과를 얻어서 경제성을 높이고

② 오염수중의 협잡물은 물론 미세한 오염물질을 제거함으로서 실절적인 수

질정화효과를 높이고

③ 분리된 협잡물의 제거 및 스크린의 유지관리가 용이하도록 하고

④ 스크린 설치로 인한 통수단면 잠식이 없도록 하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적달성을 위하여 본 발명은, 유역의 비점오염물질이 유입하는 하류부 하천부지를 비점오염물질 정화시설 부지로 활용하여 하천바닥에 흐름방향에 대하여 하천의 평상시 수위와 초기강우 유출수 유입으로 증가된 수위 사이만 경사지게 쐐기형 막대기 스크린으로된 스크린보와 여과시설을 설치한 초기강우 유출수 정화장치를 제공하므로서 그 목적은 달성된다

본 발명은 도시하천에서 오염된 초기강우 유출수를 정화하는 기술로서 비점오염물질이 유입하는 도시하천에 강우시 오염된 초기강우 유출수가 유입되어 상승하는 수위에 협잡물 및 미세한 오염물질을 분리하고 여과할 수 있는 스크린과 여과 실을 설치하여 증가된 유량을 이 시설에 통과시켜서 오염물질은 정화하는 방법으로서 첨부된 도면에 의하여 구성과 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와같이 직선(1)은 큰 변화가 없는 평상시 유출량을 나타내며 곡선(2)는 강우로 유량이 증가하고 감소하는 모습을 나타내며 점(3)은 평상시 유량을 나타낸 것이고 점(1a)는 평상시 수위를, 점(4)는 초기강우 유입으로 증가한 유량 및 점(4a)는 그 수위를, 점(5)는 홍수량 및 점(5a)은 홍수위를 보여준다.

본 발명에서는 점(3)와 점(4) 사이의 빗금친 유량(6)을 정화하기 위하여 점(1a)와 점(4a)사이의 수위(7)에서 흐르는 유량에 대하여 정화시설을 설치한다.

본 발명의 구조를 살펴보면 도 3 내지 도 7에 도시된 바와같이 하천에 설치하는 초기강우 유출수 정화시설은, 중앙 길이방향으로 형성된 하천수로(100)와 그 양쪽편에 제방(110)을 형성하여 인근 유역에 내린 강우가 지천을 통해 유입되는 하천수를 흘러가게 하는 하천에 있어서,

하천수로에서 하천의 흐름 방향에 대하여 경사지게 설치하는 콘크리트 하부기초보(11)와;

상기 하부기초보(11)위를 월류하는 물에 혼합되어 있는 협잡물 등을 분리할 수 있는 단위 스크린(12a)을 다수개 연결하여 초기강우 유입으로 증가되는 수위높이까지 하부기초보와 동일한 방향으로 설치하는 스크린보(12)와;

상기 스크린보(12)를 통과한 유출수가 여과하면서 정화되어 배출되도록 집수공간 (13a), 하부집수판(13), 여재포대(14) 순으로 적층되고 여과된 물이 하수로 배출되 는 방류구(15)가 형성된 여과시설(16)과;

상기 유체의 흐름방향에 대하여 경사지게 설치된 스크린보(12)에 걸려 수집된 협잡물을 자연 탈수할 수 있도록 스크린보(12)가 만나는 하류부 하천 둔치 또는 제방에 설치되는 협잡물 저장실(20)로 구성된다.

상기 스크린보(12)는 도 8 내지 도 10에 도시된 바와같이 길이가 일정한 스테인레스 등 부식이 안되고 강도가 큰 재질로 된 쐐기형 막대기(12b)를 동일한 간격과 동일한 방향으로 넓은 면이 앞면에 오도록 배열한 후 와곽부와 후면부에 고정대(12c)로 결속하여 형성된 단위스크린(12a)을 다수개 연결하여 공극이 수직방향이 되도록 콘크리트 하부 기초보(11)위에 세워진다.

쐐기형 막대기 스크린은 전면부 공극은 작고 후면부 공극은 크며 또한 스크린을 흐름방향에 대하여 경사지게 설치하므로 스크린보에서 스크린 외부 유속이 빨라져서 전면부 공극보다 큰 협잡물은 물론 이보다 작은 협잡물도 여과된다.

설령 작은 협잡물이 공극사이에 걸리더라도 쉽게 후면부로 빠져서 여과가 지속된다. 또한 장기간 사용하여 스크린에 협잡물이 걸리면 갈쿠리나 브러쉬 형태의 솔로 손쉽게 이들을 제거할 수 있다.

상기 스크린보(12)는 콘크리트 하부 기초보(11) 위에 단위스크린(12a)를 지지대, 볼트 등으로 견고하게 고정시켜 홍수에도 견딜 수 있게하고 만약 파손시에는 파손 부분만 교체가 가능하도록 한 것이다.

상기 여과시설(16)은 콘크리트 하부기초보(11)위에 스크린보(12)가 설치된 전면 벽체, 후면 및 양측 벽체와 뚜껑(17)이 있는 맨홀(18)을 형성하는 스라브(19) 로 구성한 콘크리트 구조물로서, 여과시설(16) 내부에는 바닥에 집수공간(13a)을 설치하고 그 위에 하부집수판(13)을 설치하며 하부집수판(13) 상부에는 도 11에 도시된 바와같이 여재(14a)가 충진된 여재포대(14)를 적층하는 한편, 하류측 측면 벽체 하부에는 방류구(15)를 설치한다.

상기 여재포대(14)는 유연하고 가늘고 튼튼한 화학섬유 등으로 만든 망으로 구성하되 망목의 크기는 내부충진 여재의 입경보다는 작은 망목으로 이루어진다.

상기 여재포대(14)는 포대 속에 입경이 비슷한 여재(14a)를 담고 하부집수판(13)위에 1개 층으로 깔거나 또는 다층으로 포설하되 다층의 경우에 하부층에는 작은 입경의 여재를 담은 포대를 깔고 상부층에는 큰 입경의 여재를 담은 포대를 깔거나 또는 상하층 포대에 종류가 다른 여재를 담아서 포설하여 상하 포대간 내부 여과가 되도록 하며 포대간 맞닿는 부분이 일치하지 않도록 상하 포대를 엇갈리게 배치한 구성이다.

상기 여재(14a)로는 기공이 많은 제올라이트, 화산석, 산호 등의 자연소재와 활성탄, 경량콘크리트, 발포유리 등의 가공소재와 슬러지, 슬래그 등의 폐자원 소재가 있으며 비표면적이 큰 다공극성 여재로서 생물분해 기간이 긴 왕겨, 목재파쇄조각, 발효 식물조각 등의 식물소재와 플라스틱, 스치로폼, 화학섬유 등의 인공소재로 사용한다.

이때 비중이 1 이하로 가벼운 여재는 부력으로 뜨지 않도록 여층을 구성하거나 중량물을 여재가 충진된 포대위에 올려 놓는다.

한편, 상기 협잡물 저장실(20)은 협잡물 유입구(21), 협잡물 저장공간(22), 물 배출구(23) 및 맨홀(24)이 형성된 스라브(25)로 된 콘크리트 구조물로 이루어지되 상기 협잡물 유입구(21)와 물 배출구(23)는 제방호안과 평행하게 일직선상에 만들고 스크린보(12)가 맞닿은 부분이 경계가 되어 상부는 협잡물 유입구(21), 하부는 물 배출구(23)로 형성하는 한편, 상기 물 배출구(23)에는 스크린(23a)을 설치한 구성이다.

상기 협잡물 저장실(20)에서 스라브(25) 높이는 스크린보(12) 높이보다 높게 하고 하부면 바닥의 높이는 하천바닥(30) 또는 하부기초보(11)의 바닥보다 높게 하나 스크린보(12)의 하단부 보다는 낮게 설치한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명한다.

난개발된 도시는 하천변에 종방향으로 하수차집관부설이 어려워서 하천을 차집관으로 사용하고 있는 지역이 많다.

이들지역에서는 하수처리장 부근하천에 하부기초보와 스크린보를 설치하고 보상류에 차집관(60)을 설치하여 하수가 포함된 하천수를 차집하여 하수처리장에서 처리함으로서 하류수역의 수질을 보호한다.

차집관(60)의 규모는 일반적으로 평상시 하수량의 3배까지 수용할 수 있는 크기로 설치하므로 비가 오면 이 량까지는 선착순으로 차집되어 하수처리장으로 유입되지만 그 이상의 유량은 보를 넘어서 월류하게 된다.

강우시 도시유역에서 배출된 다양한 종류의 부유성 협잡물들이 수면에 떠서 하천으로 유입된 하천수는 하천의 흐름방향으로 흘러오면서 하부기초보(11)에 설치 된 스크린보(12)의 수직 공극보다 큰 협잡물은 스크린보(12)에 걸리게 되고 공극보다 작은 오염물질은 공극을 통과하여 여과시설(16)로 유입된다.

스크린보(12)의 공극으로 통과하지 못하고 걸린 협잡물은 흘러가는 하천수의 유체력으로 밀려서 하천수의 흐름방향과 경사지게 설치된 스크린보(12)의 벽을 따라서 하류로 이동하면서 스크린보(12)와 맞닿은 곳에 설치된 협잡물 저장실(20)의 협잡물 유입구(21)를 통하여 협잡물 저장공간(22)으로 유입되어 체류하게 된다.

협잡물 저장공간(22)의 바닥높이가 물 배출구(23)앞 하천바닥(30)보다 높으므로 하천수위가 낮을 때에는 물은 자연유하로 배출구(23)의 스크린(12a)을 통하여 흐르게 되고 하천수위가 높을 때에는 협잡물 저장실(22)은 침수된 상태에서 저장실이 우회수로가 된다.

이와 같이 협잡물 저장실(20)은 스크린보(12) 설치로 인한 통수단면 잠식을 회복하는 우회 통수로가 된다.

강우가 종료되어 하천수위가 내려가고 협잡물 저장실(20)로의 하천수 유입이 중지되면 협잡물 저장공간(22)의 바닥은 높고 하천바닥(30) 수위가 낮으므로 저장공간(22)의 물은 하천으로 빠져서 협잡물은 자동적으로 탈수되며 며칠 방치하면 자연 건조된다.

탈수되고 건조된 협잡물은 외부로 손쉽게 반출 할 수 있으므로 협잡물 제거를 위한 유지관리가 용이하다.

한편, 하천으로 유입된 오염된 하천수가 하부기초보(11)의 상부에 설치된 스크린보(12)의 공극을 통과한 물은 여재(14a)가 충진된 여재포대(14)가 다층으로 적 층된 여과시설(16)에 유입되어 여과층을 통과하면서 미세한 오염물질이 걸러지면서 정화되어 방류구(15)로 방류된다.

이러한 여과작용은 하천의 유량이 점차 증가하여 여과시설(16)이 수중에 잠기면 정지된다.

여과시설(16)에서 미세한 입자상 오염물질은 여재의 입도 등에 따라서 제거효율이 결정되며, 용해성 오염물질은 여재와의 접촉시간에 따라서 생물학적 분해작용이 일어나 정화된다.

초기강우 유출수가 포함된 하천수는 비교적 유량이 많고 짧은 시간에 유출하므로 하천바닥(30)에 여과시설(16)을 설치하여 이들을 여과하려면 여과시설 규모가 크거나 여과속도가 빨라야 한다.

하천바닥에 설치하는 여과시설을 크게 만들면 부지 및 공사비가 많이 들므로 여과속도를 빠르게 하는 것이 좋다.

여과속도를 빠르게 하려면 큰 입경의 여재를 사용하여야 하나 이때는 부유물질 포집율이 떨어진다.

따라서 큰 여과속도를 가지면서 높은 여과효율을 유지하기 위해서는 입경이 어느 정도 큰 여재를 사용하되 내부 공극이 많은 다공성 여재나 비표면적이 큰 다공극성 여재를 사용하여 내부여과를 하여야 시설규모가 작아진다.

다공성 여재나 다공극성 여재는 오염입자를 공극사이에 물리적으로 포획하거나 표면이나 기공에 흡착함으로서 부유물질을 여과하며 공극율이 커서 내부여과가 일어난다.

내부 여과가 되면 여재층의 표층부터 심층까지 여과가 일어나므로 여과효율이 좋고 여재의 사용기간이 길어진다.

이와 같이 하천바닥에 설치하는 오염 하천수 여과시설에서는 시설규모를 작게 하고 장치를 간단히 하기위하여 내부여과를 실시하고 역세척 시설을 설치하지 않으므로 장기간 사용하여 여과기능이 떨어진 여재는 새 여재로 교체하여야 한다.

이 때 여재(14a)를 손쉽게 포설하고 교체하기 위해서는 입자상 여재를 망으로 만든 포대 속에 담아서 여재 충진 포대(14)째로 집수판(13)위에 포설하거나 반출한다.

이상에서 보는 바와 같이 본 발명은 도시지역이나 개발된 지역을 배수구역으로 갖는 하천 및 비점오염물질 차단이 필요한 정체수역, 상수원보호구역, 생태보호구역 등으로 유입하는 하천에 적용가능하며 정화대상 지역의 특성에 따라서 하천에 스크린보와 여과시설을 설치하거나 또는 기존보 위에 스크린보만을 설치할 수 있다.

이에 따라 하부기초보위에 스크린보만을 설치한 본 발명의 또다른 실시예를 첨부된 도면 도 12 내지 도 15에 의하여 상세히 설명한다.

<실시예1>

이 실시예는 초기강우 유출수에 포함되어 있는 각종 협잡물 및 부유성 쓰레기 등을 효과적으로 분리하여 용이하게 제거할 수 있는 방법이다.

도 12는 스크린보만 설치된 실시예의 전체평면도이며 도13은 하부기초보위에 스크린보가 설치된 단면도이며 도 14와 도 15는 횡단면도이다.

하부기초보는 현재 하천에 설치되어 있는 콘크리트보와 같은 구조로서 흐름방향에 대하여 경사지게 설치하여 하부기초보 상부 보첨단부(51) 앞쪽에 스크린보를 설치한다.

스크린보는 단위 스크린(12a)을 다수 연결하여 설치하며 첨단부(51) 콘크리트 턱을 만들어 끼우고 지지대 및 볼트 등으로 견고하게 고정한다.

또한 스크린보에 걸려 수집된 협잡물들을 수집하고 자연 탈수할 수 있도록 스크린보가 만나는 하류부 둔치나 제방에 협잡물 저장실(20)을 설치한 것이다.

스크린보와 여과시설을 설치한 하부기초보 중앙부에 수로를 설치한 본 발명의 또다른 실시예를 첨부된 도면 도16과 도17에 의하여 설명하면 다음과 같다.

<실시예2>

하수가 직접유입하는 하천에는 이들을 차집하여 하수처리장에 처리하기 위한 차집관(60)이 설치된 지점보다 상류하천에서 초기강우유출수를 정화할 필요가 있거나 또는 하천변을 따라서 종방향으로 차집관이 설치되어 있어서 하수가 하천으로 유입하지 않는 하천에서 초기강우유출수를 정화하기 위해서 하부기초보, 스크린보 및 여과시설을 설치하되 도16과 도17과 같이 평상시 하천에 흐르는 유량을 하류로 흘려 보낼 수있도록 하부기초보 중앙부를 개방하여 수로(71)를 만든다.

이 개방수로(71)는 평상시 하천바닥에 넓고 얕게 흐르는 물이 모여서 흐르므로 이때 형성되는 수위를 기준하여 하부기초보의 첨두부(51)높이는 이 수위보다 약간 높게 한다.

하부기초보 상부에는 개방수로를 포함하여 전체 보 길이에 스크린보를 설치 한다.

한편, 본 발명에 따른 또다른 실시예로서 다공성 또는 다공극성 여재를 망포대에 담아서 여재가 충진된 포대째로 여과층을 형성시켜 여과하는 방법은 여과층의 내부공극을 이용하는 내부 여과방법으로서 역세척 없이 여재의 여과기능이 떨어질 때까지 여과할 수 있으므로 장소확보곤란, 공사비과다, 유지관리 어려움 등으로 역세척 장치 설치가 어려운 지역에서 오염수 여과시설로 적용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 상술한 특성의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든 다양한 변경실시가 가능할 것이다.

이상에서 보는 바와 같이 본 발명은 첫째, 비점오염물질 정화시설 부지로 하천바닥을 활용할 수 있으므로 부지확보가 용이하며 둘째, 비점오염물질 정화시설을 통합 설치함으로서 공사비가 절감되고 유지관리가 용이하고 환경훼손이 최소화되며 셋째, 협잡물은 물론 미세한 오염물질 등을 함께 정화하므로 수질정화 효과가 크며 넷째, 하천에서 평상시 수위와 오염도가 높은 초기강우로 증가된 수위에 정화시설을 설치하고 내부여과를 함으로서 정화시설의 규모가 최소화 돠어 공사비가 절감되며 다섯째, 협잡물 저장공간을 우회수로로 활용하므로 통수단면 잠식을 만회할 수 있으며 여섯째, 수집된 협잡물이 자동탈수 되므로 외부로의 반출취급이 용이하며 일곱째, 쐐기형 막대기 스크린을 사용하므로 스크린 공극이 잘 막히지 않고 막히더라도 공극회복이 용이한 효과가 있다.

Claims (10)

1. 중앙 길이방향으로 형성된 하천수로(100)와 그 양쪽편에 제방(110)을 형성하여 인근 유역에 내린 강우가 지천을 통해 유입되는 하천수를 흘러가게 하는 하천에 있어서,

   하천수로에서 하천의 흐름 방향에 대하여 경사지게 설치하는 콘크리트 하부기초 보(11)와;

   상기 하부기초보(11)위를 월류하는 물에 혼합되어 있는 협잡물 등을 분리할 수 있는 단위스크린(12a)을 다수개 연결하여 초기강우 유입으로 증가되는 수위높이까지 하부기초보(11)와 동일한 방향으로 설치하는 스크린보(12)와;

   상기 스크린보(12)를 통과한 유출수가 여과하면서 정화되어 배출되도록 집수공간 (13a), 하부집수판(13), 여재충진포대(14) 순으로 적층되고 여과된 물이 하수로 배출되는 방류구(15)가 형성된 여과시설(16)과;

   상기 하천의 흐름방향에 대하여 경사지게 설치된 스크린보(12)에 걸려 수집된 협잡물을 자연 탈수할 수 있도록 스크린보(12)가 만나는 하류부 하천 둔치 또는 제방 (18)에 설치되는 협잡물 저장실(20)로 구성됨을 특징으로하는 초기강우 유출수 정화장치
2. 제1항에 있어서, 상기 스크린보(12)는 길이가 일정한 스테인레스 등 부식이 안되고 강도가 큰 재질로 된 쐐기형 막대기(12b)를 동일한 간격과 동일한 방향으로 넓은 면이 앞면에 오도록 배열한 후 와곽부와 후면부에 고정대(12c)로 결속하여 형성된 단위 스크린(12a)을 다수개 연결하여 공극이 수직방향이 되도록 콘크리트 하부 기초보(11)위에 세워짐을 특징으로하는 초기강우 유출수 정화장치
3. 제1항에 있어서, 상기 여재충진포대(14)는 유연하고 가늘고 튼튼한 화학섬유 등으로 만든 망으로 구성하되 망목의 크기는 내부 충진 여재(14a)의 입경보다는 작은 망목으로 이루어짐을 특징으로하는 초기강우 유출수 정화장치
4. 제3항에 있어서, 상기 여재충진포대(14)는 포대 속에 입경이 비슷한 여재 (14a)를 담고 하부집수판(13)위에 1개 층으로 깔거나 또는 다층으로 포설하되 다층의 경우는 하부층에는 작은 입경의 여재를 담은 포대를 깔고 상부층에는 큰 입경의 여재를 담은 포대를 깔거나 또는 상하층 포대에 종류가 다른 여재를 담아서 포설하여 상하 포대간 내부 여과가 되도록 하며 포대간 맞닿는 부분이 일치하지 않도록 상하 포대를 엇갈리게 배치함을 특징으로하는 초기강우 유출수 정화장치
5. 제3항에 있어서, 상기 여재(14a)로는 기공이 많은 제올라이트, 화산석, 산호 등의 자연소재와 활성탄, 경량콘크리트, 발포유리 등의 가공소재와 슬러지, 슬래그 등의 폐자원 소재가 있으며 비표면적이 큰 다공극성 여재로서 생물분해 기간이 긴 왕겨, 목재파쇄조각, 발효 식물조각 등의 식물소재와 플라스틱, 스치로폼, 화학섬유 등의 인공소재로 사용됨을 특징으로하는 초기강우 유출수 정화장치
6. 제1항에 있어서, 상기 협잡물 저장실(20)은 협잡물 유입구(21)와 물 배출구 (23)는 제방호안과 평행하게 일직선상에 만들고 스크린보(12)가 맞닿은 부분이 경계가 되어 상부는 협잡물 유입구(14a), 하부는 물 배출구(14c)로 형성하는 한편, 상기 물 배출구(14c)에는 스크린(23a)을 설치하고 상부 스라브(25)에는 맨홀(24)이 형성되도록함 특징으로하는 초기강우 유출수 정화장치
7. 제6항에 있어서, 상기 협잡물 저장실(14)에서 스라브(25) 높이는 스크린보 (12)의 높이보다 높게 하고 하부면 바닥의 높이는 하천바닥(30) 또는 하부 기초보 (11)의 바닥보다 높게 하나 스크린보(12)의 하단부 보다는 낮게 설치함을 특징으로하는 초기강우 유출수 정화장치
8. 오염된 하천수는 하천의 흐름방향으로 흘러오면서 하부기초보(11)에 설치된 스크린보(12)의 공극을 통과하지 못하고 걸린 협잡물은 흘러가는 하천수의 유체력으로 밀려서 경사지게 설치된 스크린보(12)의 벽을 따라서 하류로 이동하면서 스크린보와 맞닿은 곳에 설치된 협잡물 저장실(20)의 협잡물 유입구(21)를 통하여 협잡물 저장공간(22)으로 유입된 다음 하천수 유입이 중지되어 하천수위가 내려가면 물은 하천으로 빠져서 협잡물은 자동적으로 탈수,건조되어 손쉽게 외부로 반출토록 하는 한편,

   스크린보(12)의 공극보다 작은 오염물질은 공극을 통과하여 여과시설(16)로 유입된 다음 여재(14a)가 충진된 여재충진포대(14)를 다층으로 적층시킨 여재층을 통과하면서 미세한 오염물질을 걸러 정화된 하천수를 방류구(15)로 방류되도록함을 특징으로한 초기강우 유출수 정화방법
9. 하천변을 따라서 차집관이 설치되어 하수가 하천으로 유입하지 않는 합류식 하수도 지역에서의 유출수 정화장치에 있어서,

   하천수로에서 하천의 흐름 방향에 대하여 경사지게 설치하는 콘크리트 하부기초보 (11)와;

   상기 하부기초보의 중앙부에 형성되어 하천바닥에 넓고 얕게 흐르는 물을 모아서 흘러가게 하는 개방수로(71)와;

   상기 하부기초보(11)위를 월류하는 물에 혼합되어 있는 협잡물 등을 분리할 수 있는 단위스크린(12a)을 다수개 연결하여 초기강우 유입으로 증가되는 수위높이까지 하부기초보(11)와 동일한 방향으로 설치하는 스크린보(12)와;

   상기 스크린보(12)를 통과한 유출수가 여과하면서 정화되어 배출되도록 집수공간 (13a), 하부집수판(13), 여재충진포대(14) 순으로 적층되고 여과된 물이 하수로 배출되는 방류구(15)가 형성된 여과시설(13)과;

   상기 하천수의 흐름방향에 대하여 경사지게 설치된 스크린보(12)에 걸려 수집된 협잡물을 자연 탈수할 수 있도록 스크린보(12)가 만나는 하류부 하천 둔치 또는 제방 (18)에 설치되는 협잡물 저장실(14)로 구성됨을 특징으로하는 초기강우 유출수 정화장치
10. 중앙 길이방향으로 형성된 하천수로(100)와 그 양쪽편에 제방(110)을 형성하여 인근 유역에 내린 강우가 지천을 통해 유입되는 하천수를 흘러가게 하는 하천에 있어서,

    하천수로에서 하천의 흐름 방향에 대하여 경사지게 설치하는 콘크리트 하부기초보(50)와;

    상기 하부기초보 상부 보첨단부(51) 앞쪽에 단위 스크린(12a)을 다수 연결하여 설치한 스크린보(12)와;

    상기 스크린보(12)는 보첨단부(51) 콘크리트 턱을 만들어 끼우고 지지대 및 볼트로 견고하게 고정시키는 한편,

    상기 스크린보가 만나는 하류부 둔치나 제방에 협잡물들을 수집하고 자연 탈수할 수 있도록 협잡물 저장실(20)을 설치함을 특징으로하는 초기강우 유출수 정화장치

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