KR100578050B1

KR100578050B1 - 하천 정화 장치

Info

Publication number: KR100578050B1
Application number: KR20050057517A
Authority: KR
Inventors: 이바도
Original assignee: 이바도
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2006-05-12
Also published as: JP2008545522A; KR20060118333A; CN101175699A; CN101175699B; JP5187760B2

Abstract

본 발명은 도시 하천 정화 장치에 관한 것으로 하천 유수 유효 폭의 1/2 이상의 폭, 하상에서 2m 이상의 수심, 평균 체류 시간 10분 이상의 길이를 가지며 하천의 유로 상에 설치된 피트형 조와 이 조에 유입된 하천수를 폭기하면서 소용돌이 치게 하는 상기 조에 장착된 폭기 수단으로 이루어지는 하천 수질 정화 장치를 제공한다.

본 발명의 하천 수질 정화 장치는 피트 형 조에 장착된 에어레이터와 이에 가압 공기를 공급하는 배관을 제외하고는 작동 메커니즘이 거의 없고 가압공기를 생성하는 블로워 말고는 유틸리티 비나 약품비가 거의 들어가지 않으며 블로워에 의한 와류 형성으로 피트 바닥에의 토사의 퇴적도 전혀 없으며 정기적으로 대홍수 후에 암석의 퇴적만 제거하면 되는 보수 유지비가 저렴하다.

도시 하천, 수질, 피트 형

Description

하천 정화 장치{treating facility for small river water}

도1은 본 발명의 한 실시양태를 개괄적으로 설명하는 측단면도이고

도2는 본 발명의 다른 실시양태를 개괄적으로 설명하는 측단면도이다.

* 주요도면 부호의 설명

1; 하상의 경사면 2; 수면

10; 피트 형 조 20; 폭기수단 21; 블로워 22; 에어레이터

본 발명은 하천 특히 도시 하천 정화 장치에 관한 것이다.

인구 집중과 도시화 단계에서 도시 하천은 오염의 가중으로 말미암아 식수원으로의 기능은 물론 다른 용도로도 사용하지 못할 정도로 도시의 오염 배출구로 전락하기도 한다. 하수관로의 정비에 의하여 하수는 차집관으로 분류되고 하천수와는 별도로 하수 종말 처리장으로 이송되어 처리되고 방류된다. 따라서 하천수는 별도의 대규모 오염원에 노출되지 않는 듯 보이나 하수관로의 오접에 의한 하수의 유입, 생활 하수의 유입 및 오염된 지표수의 유입과 오염물의 무단 투기 및 지표면의 콘크리트화로 우수의 집중 배수에 의한 하천의 건천화 등에 의하여 도시 하천은 자정기능을 상실할 정도로 수질의 저하가 일어난다. 도시 하천의 수질악화는 유량의 감소, 하천의 정비에 의한 수변지역 감소, 유로의 감소와 오염의 가중에 의하여 자정작용의 한계를 넘어선데 기인한다. 도시 하천은 수만 또는 수십만 인구가 접하는 환경이므로 시민들의 쾌적한 환경에 대한 욕구를 충족시키고 수자원을 효과적으로 활용하기 위해서 수질을 상당한 수준으로 개선하고자 하는 노력이 계속되고 있다.

하천의 수질은 DO, BOD, COD등과 같은 생화학적 방법을 기준으로 하여 판정할 수도 있고, 서식하는 생물(지표생물)을 통해서 수질 등급을 판정할 수도 있다. 1급수는 BOD, COD 1ppm 이하 DO 7.5ppm 이상이고, 2급수는 BOD, COD 3ppm 이하 DO 5ppm 이상이고, 3급수는 BOD, COD 6ppm 이하 DO 5ppm 이상이고 4급수는 BOD, COD 8ppm 이하 DO 2ppm 이상이고 5급수는 BOD, COD 10ppm 이하 DO 1.5ppm 이상이다. 하천수에서 BOD와 COD가 증가할수록 산소 소모량은 급격히 증가하고 따라서 용존산소(DO)량이 급격히 줄어들어 하천의 자정능력이 상실된다. 자정능력을 상실한 하천은 냄새를 풍길 뿐만 아니라 생물의 서식도 제한된다. 도시 하천은 자정능력을 상실하여 4, 5등급 이상 심지어 등급 이외인 BOD, COD 수십ppm에 이르기도 한다. 이러한 하천은 오염원 유입 방지와 함께 특별한 처리를 하지 않으면 수질이 회복되지 않는다.

도시 하천의 수질개선에는 몇 가지 고려하여야 할 점이 있다.

첫째로, 수질 개선의 목적에 따라 생물 생태환경과 양립할 수 있는 방법이어야 한다. 하천에 서식하는 생물 예를 들면 물고기의 서식, 소상과 하강과 같은 서 식 조건에 커다란 방해가 되어서는 목적과 수단이 전도되는 결과가 되므로 아니 된다.

둘째로, 도시 하천은 시설의 밀집에 의한 공간의 활용 목적으로 하안 축조와 같은 하천 정비에 의하여 수질 정화 설비를 할 수 있는 유휴 공간이 극도로 제한되어 있다.

셋째로, 강우로 인한 수량의 급증 더 나아가 홍수와 같은 상황에서도 설비를 보전하고 쉽게 복구될 수 있는 내구성을 갖는 구조이어야 한다.

넷째로, 하천의 수질 개선이 직접적으로 산출될 수 있는 경제적인 효과가 적기 때문에 설치 비용과 유지 비용이 많이 들어서는 곤란하다.

다섯째, 하천의 유로 변경을 최소화하고 설비가 자연 하천의 외관을 크게 해치지 않으면서 효과적이어야 한다.

종래의 하천 수질 개선 방법은 종래의 오수처리 방식을 선별하여 적용한 방법이 주류를 이루고 있다. 일본특허공개 제 7000983A2 호에는 하천의 수처리 방법으로 여러 가지 탱크를 배열하여 일반적인 오수처리 공정과 유사한 방법으로 오염된 하천물을 처리하는 방법을 개시하고 있다. 이러한 처리방법은 별도의 대규모 수처리장을 건설할 필요가 있는 것으로 시설비와 운전비가 고가이고 대규모 처리장이 갖는 문제점들을 그대로 가지고 있다. 일본특허공개 제 61230787A2 호에는 하천의 물흐름을 변환시키는 구조물을 형성하여 구조물에 갇혀 있는 세라믹 입자에 의하여 하천수를 처리하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 일본특허공개 제 7016586A2호에는 다공성 입자성 물질에 의하여 강물 등을 정화하는 방법을 개시하고 있다. 이러한 기술들은 수량이 갑자기 증가할 때는 장치나 장비 등이 유실될 가능성이 농후하고 여기에 대한 근본대책이 없다. 가장 많이 사용하는 방법은 하천은 유수임으로 처리 시간을 길게 할 수 없고 따라서 처리 효율을 높이기 위하여 폭기 또는 비폭기 방식의 고정상 접촉매체를 사용하는 예를 들면 자갈 접촉 산화법 같은 기술이 있다. 그러나 이 방법은 유로 저항이 크고 충분한 접촉을 위하여는 배플을 설치하든지 설치 조가 엄청나게 길어야한다. 폭우 시에는 토사에 의하여 자갈 사이의 공극이 막힐 수 있고 매체의 저항에 의하여 폭기도 원활하지 않다. 다른 접촉 매체를 사용하는 방법을 포함하는 오수처리 원용 방식은 샘플 하천수를 실험실에서 적용해보는 정도 이상의 실질적으로 적용 가능한 수단이 거의 없다. 뿐만 아니라 물고기는 이러한 고정상 접촉매체를 포함한 처리시설을 통과할 수 없다. 왜냐하면, 접촉 산화방식은 처리수와 접촉매체 간의 빈틈이 없는 접촉을 필요 조건으로 하기 때문이다.

종래의 하천 수질 개선 방법으로 다른 것은 하천을 될 수 있으면 자연 상태 가깝게 유지하여 자정기능을 이용하여 수질을 개선하는 방법이다. 예를 들자면 하상의 높낮이를 조정하여 여울이나 작은 폭포 등을 형성하여 용존산소 량을 증가시켜 하천의 자정작용을 높인다는 것이다. 하천수의 용존산소의 증가는 폭포와 같은 와류의 형성에 의하여 촉진될 수는 있으나 이미 하천의 하상의 구배가 정하여져 있으므로 일 구간에 여울이나 폭포를 형성하면 그 주위 구간은 유속이 느려지고 수량이 늘어나는 구역이 생기고 여울이나 폭포 구간은 수초에서 길어야 수 분의 시간 동안 와류 형성으로 공기와 접촉을 증가시키는 정도이므로 그렇게 효과적이지 않다. 또한, 자연 상태에 가깝다고 하지만 폭우에 의하여 퇴적이나 유실에 의하여 쉽게 쓸려 훼손될 가능성이 크다. 또는 수생식물이나 수변식물 지역의 조성으로 식물의 호흡작용을 이용하여 하천의 용존산소를 늘이고 자정작용을 높인다는 방식이다. 그러나 이 방법 또한 하천의 정비사업으로 적용될 수 있는 충분한 효과를 위한 넓은 부지가 확보되어 있지 않고 폭우 등에 의한 유실의 위험이 크다.

또 다른 기술은 집수정 방식이 있다. 하천 바닥 지하에 스크린 파이프를 배치하여 하천 지하수를 집수정에 모아 펌프로 하천에 방류하는 구조이다. 하천 지하수를 이용하는 외에 하상의 토층을 필터 상으로 이용한다는 개념인데 공기 공급과 빛이 차단된 토층이 지속적으로 필터 베드로 작용할 수 없다는 것은 자명하다.

본 발명의 목적은 물고기의 서식, 소상과 하강과 같은 생물의 서식 조건에 방해가 되지 않고 별도의 부지가 많이 필요치 않으며 작동 부위가 적고 구조가 간결하여 극심한 자연환경에도 내구성이 있고 설치 비용과 유지 비용이 적으며 자연 하천의 외관을 크게 해치지 않으면서 효과적인 하천 수질 정화 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 4급수 이하의 하천 수질을 2. 3급수 이상의 수질로 개선할 수 있는 하천 수질 정화 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 하천 유수 유효 폭의 1/2 이상의 폭, 하상에서 2m 이상의 수심, 평균 체류 시간 10분 이상의 길이를 가지며 하천의 유로 상에 설치된 피트 형 조와 이 조에 유입된 하천수를 폭기하면서 소용돌이치게 하는 상기 조에 장착된 폭기 수단으로 이루어지는 하천 수질 정화 장치를 제공한다. 본 발명의 하천 수질 정화 장치는 도시 하천에 바람직하게 적용되는 것이지만 자정능력을 상실한 일반 하천에도 그대로 적용될 수 있다. 본 발명의 피트 형 조는 바람직하게는 하천 유수 유효 폭의 2/3 이상의 폭, 하상에서 3~5m의 수심, 평균 체류 시간 30분 이상, 가장 바람직하게는 1시간 이상의 길이를 가진다. 전형적인 도시 하천은 수심 수 10cm, 유속 분당 수 m, 하천 폭 수 10m 정도이다. 하천의 평균 수심을 20cm, 유속을 분당 5m, 하천 폭 30m 로 가정하면 상기 피트형 조의 크기는 평균 체류 시간을 1시간으로 하고 조의 수심을 4m로 하면 30m*15m*4m의크기가 된다. 상기 피트형 조로의 하천수의 유입 유출은 펌핑 수단을 사용하지 않고 하천의 유수에 의하여 이루어 진다. 상기 피트형 조는 하상의 구배와 유사하게 유입부와 유출부의 높이를 맞추면 하상의 경사에 의하여 유입부는 작은 폭포를 형성하고 유출부는 하상의 높이와 비슷하게 할 수 있다. 상기 피트형 조는 바람직하게는 하상의 경사가 완만한 지역에 설치하여 기존 하상과 유입부와 유출부와의 단차를 작게하여 수서생물의 소상과 하강이 허용되도록 한다.

상기 피트형 조에서의 폭기는 유입 하천수가 상하 방향의 와류를 형성하여 유입수가 바로 유출되지 않도록 폭기기를 배치한다. 바람직하게는 상기 피트형 조의 바닥에 하천의 폭 방향으로 복수 열로 배치하여 상하 방향의 와류를 복수 개 형성하도록 한다. 폭기수단은 블로워 또는 컴프레셔와 같은 공기 발생원을 직접 또는 탱크에 충진하여 배관을 통해 피트 형 조의 바닥 가까이에 설치된 에어레이터에 공 급하여 이루어 진다. 에어레이터는 다공성 판 또는 디스크 타입 등과 같은 산기관이나 에어제트 형태일 수 있다. 특별히 형태에 제한되지 않는다. 상기 피트형 조의 후반부에는 퇴적되는 입자를 와류지역으로 분산하기 위하여 이젝트나 에어제트 또는 워터제트를 장착하여 간헐적으로 작동시킬수 있다. 상기 피트형 조의 하천수의 유입 또는 유출에는 펌프를 기본적으로는 사용하지 않지만 정비시에 배수를 하기 위하여 펌프에 연결되는 배관을 설치할 수 있다.

본 발명의 다른 실시양태에서는 상기 피트형 조를 유수 유효 폭의 일부 만을 형성하고 상기 피트형 조의 일측면 또는 양 측면에는 하안과의 사이에 어도의 목적으로 사용할 수 있는 통로를 형성한다.

본 발명에서 상기 피트 형 조는 특별히 제한 되지는 않으나 상기 어도와 유입부를 포함하여 특히 벽면은 콘크리트 조로 제조되는 것이 시공상 또는 내구성에서 바람직하다. 바닥도 불투성 콘크리트로 하는 것이 일반적이지만 하천 지하수 유입을 가능하게 하도록 투수성 바닥 구조를 가질 수 있다. 상기 피트형 조의 유입부 상부에는 바위나 돌과 같은 큰 중량 물질의 유입을 방지하기 위하여 유로를 크게 방해하지 않는 정도로 스크린을 설치 할 수 있으나 특별히 권장되지는 않는다. 상기 어도와 상기 피트형 조 사이에는 유수를 적절히 배분하거나 차단하기 위하여 턱을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 피트형 조는 유출부의 벽이 수직에서 60°이하 바람직하게는 15°~45°로 기울어지게 할 수 있다. 상기 피트형 조의 유출부 가까이에는 조의 바닥에 폭기조를 배치하지 않아 폭기강도를 떨어뜨리거나 유출부 벽의 기울임에 의하여 유출부 벽 경사부에는 와류가 완화되어 와류에 의하여 부유된 입 자가 침강하고 벽면을 따라 와류부에 혼입되어 피트 형 조내의 부유입자(주로 모래)를 일정 수준 유지할 수 있다. 상기 피트형 조의 유출부 벽 내부 바닥에는 입자가 모일 수 있는 섬프를 가질 수 있다. 이 섬프에는 펌프 배관을 설치하여 간헐적으로 펌프에 의하여 흡입하여 와류 지역으로 송출할 수 있다. 경우에 따라서 상기 피트형 조의 하류에 호퍼 형 피트를 설치하고 침강된 입자를 연결 배관을 통하여 상기 피트형 조로 반송할 수 있다.

본 발명의 피트형 조에는 고정형의 접촉매체를 장입할 수 있다. 다만 이러한 접촉매체의 장입은 폭기 효율이나 유로에 큰 방해가 되어서는 곤란하다. 도입될 수 있는 고정상의 접촉매체는 다양하다. 접촉재로 사용되는 재질로는 플라스틱, 세라믹, 목편 및 천연 또는 인조 섬유 등 여러 재질이 사용되고 있다. 일본 특허 공개 제 02122895호에는 일정한 간격으로 연결된 파이프로 된 접촉재 고정상을 개시하고 있다. 미국 특허 제 4908128호에는 접합 필라멘트로 된 길다란 형태의 접촉재를 개시하고 있다. 미국 특허 제 5399266호에는 2 가지 종류의 플라스틱 필라멘트로 직조된 루프를 가진 로프를 개시하고 있다. 일본특허공개 제 07290079 A2에는 특정 형태의 성형물 접촉재로 개시하고 있다. 미국 특허 제 5985148호에는 플라스틱으로 된 구체에 섬유가 이식되어 있는 접촉재를 개시하고 있다. 일본 특허 공개 제 61293592 A2에는 코드의 길이를 따라 길이방향에 수직으로 돌출하고 나선형의 형태를 이루는 루우프를 가진 브레이드 형의 접촉재를 개시하고 있다. 일본 특허 공개 제 62097695호에는 상기와 유사한 접촉재로 폭기를 하는 방법을 개시하고 있다. 또한 일본특허공개 제 4018990호에는 유연성 판재상에 형성된 루우프를 갖는 접촉 재를 개시하고 있다. 이러한 접촉재는 유출부에서 유출되지 않도록 프레임에 고정되어야 한다.

본 발명의 피트형 조에는 또한 유동상의 접촉매체를 장입할 수 있다. 와류 상에는 부유가 가능하고 와류 완화 영역에는 침강하는 입자형 접촉매체가 바람직하다. 다공성 천연 또는 인조형의 세라믹 입자 또는 광물입자 예를 들면 초벌구이 세라믹 볼 또는 제오라이트 입자를 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 유동상의 접촉매체는 소모성이 아니한 유실되지 않는 정도의 높은 비중을 가지는 것이 좋다. 또한 본 발명에서는 모래와 같은 중량성 입자도 사용할 수 있다. 이러한 중량성 입자는 와류 완화 지역에서 침강하여 회수할 수 있으므로 손실분만 공급해주면 된다.

이하 도면에 의하여 본 발명의 실시양태에 대하여 보충적으로 설명한다.

도1은 본 발명의 한 실시양태를 개괄적으로 설명하는 측단면도인데 상기 피트형 조(10)는 하상(1)의 구배와 유사하게 유입부와 유출부의 높이를 맞추면 하상의 경사(1)에 의하여 유입부는 작은 폭포를 형성하고 유출부는 하상의 높이와 비슷하게 할 수 있다. 상기 피트형 조에서의 폭기는 유입 하천수가 상하 방향의 와류를 형성하여 유입수가 바로 유출되지 않도록 폭기기(22)를 배치한다. 바람직하게는 상기 피트형 조의 바닥에 하천의 폭 방향으로 복수 열로 배치하여 상하 방향의 와류를 복수 개 형성하도록 한다. 폭기수단(20)은 블로워 또는 컴프레셔와 같은 공기 발생원(21)을 직접 또는 탱크에 충진하여 배관을 통해 피트 형 조의 바닥 가까이에 설치된 에어레이터(22)에 공급하여 이루어 진다. 에어레이터는 다공성 판 또는 디스크 타입 등과 같은 산기관이나 에어제트 형태일 수 있다.

도2는 본 발명의 다른 실시양태를 개괄적으로 설명하는 측단면도인데 상기 피트형 조(10)는 유출부의 벽이 수직에서 유로 방향으로 경사진다. 상기 피트형 조의 유출부 가까이에는 조의 바닥에 폭기조를 배치하지 않아 폭기강도를 떨어지고 와류가 완화되어 와류에 의하여 부유된 입자가 침강하고 벽면을 따라 와류부에 혼입되어 피트 형 조내의 부유입자(주로 모래)를 일정 수준 유지할 수 있다. 상기 피트형 조의 후반부에는 퇴적되는 입자를 와류지역으로 분산하기 위하여 이젝트나 에어제트 또는 워터제트를 아래 또는 전 방향으로 장착하여(도시 안됨) 간헐적으로 작동시킬수 있다.

본 발명의 하천 수질 정화 장치는 피트 형 조에 장착된 에어레이터와 이에 가압 공기를 공급하는 배관을 제외하고는 작동 메카니즘이 거의 없고 가압공기를 생성하는 블로워 말고는 유틸리티 비나 약품비가 거의 들어가지 않으며 블로워에 의한 와류 형성으로 피트 바닥에의 토사의 퇴적도 전혀 없으며 정기적으로 대홍수 후에 암석의 퇴적만 제거하면 되는 보수 유지비가 저렴하다. 또한 용존산소의 증가와 함께 자연적으로 유입된 입자성 매체를 사용하여 활성오니 처리 효율을 높일 수 있는 하천 수질 정화 장치를 제공한다.

Claims

하천 유수 유효 폭의 1/2 이상의 폭, 하상에서 2m 이상의 수심, 평균 체류 시간 10분 이상의 길이를 가지며 하천의 유로 상에 설치된 피트형 조와 이 조에 유입된 하천수를 폭기하면서 소용돌이 치게하는 상기 조에 장착되는 폭기 수단으로 이루어지고 기존 하상과 상기 피트형 조의 유입부와 유출부와의 단차를 작게하여 수서생물의 소상과 하강이 허용되며 상기 피트형 조로의 하천수의 유입 유출은 펌핑 수단을 사용하지 않고 하천의 유수에 의하여 이루어 지는 하천 수질 정화 장치
제1항에 있어서, 상기 피트 형 조는 평균 체류 시간 30분 이상의 길이를 가지고 하상의 경사가 완만한 지역에 설치되는 하천 수질 정화 장치
제1항에 있어서, 상기 피트형 조를 유수 유효 폭의 일부 만을 형성하고 상기 피트형 조의 일측면 또는 양 측면에는 하안 과의 사이에 어도의 목적으로 사용할 수 있는 통로를 형성한 하천 수질 정화 장치
제2항에 있어서, 상기 피트 형 조는 벽면은 콘크리트 조로 되고 바닥은 불투성 콘크리트로 된 하천 수질 정화 장치
제2항에 있어서, 상기 피트형 조는 유출부의 벽이 수직에서 15°~45°유로 방향으로 기울어진 하천 수질 정화 장치
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피트형 조의 유출부 가까이에는 조의 바닥에 폭기기를 배치하지 않아 폭기강도를 떨어뜨리거나 유출부 벽의 기울임에 의하여 유출부 벽 경사부에는 와류가 완화되는 하천 수질 정화 장치
제6항에 있어서, 상기 피트형 조에는 와류 상에는 부유가 가능하고 와류 완화 영역에는 침강하는 입자형 접촉매체가 도입되는 하천 수질 정화 장치
제7항에 있어서, 상기 피트형 조의 후반부에는 퇴적되는 입자를 와류지역으로 분산하기 위하여 이젝트나 에어제트 또는 워터제트를 장착하여 간헐적으로 작동시키는 하천 수질 정화 장치
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