KR100586496B1 - 하천수, 호소수, 하폐수처리장의 방류수 처리를 위한 복류식 정화장치 및 이를 이용한 정화처리방법 - Google Patents
하천수, 호소수, 하폐수처리장의 방류수 처리를 위한 복류식 정화장치 및 이를 이용한 정화처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 오염된 하천수, 호소수나 하폐수처리장에서 배출되는 방류수의 수질을 개선을 위해 하천의 고수부지나 호소 변에 설치하는 정화장치 및 이를 이용한 정화처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제방으로부터 하천에 이르는 넓은 고수부지 또는 호소 변의 부지에 지표면하 흐름 즉, 복류를 형성하는 복류정화지(伏流淨化地)를 조성함으로써 토양의 여과, 흡착 및 미생물의 대사작용에 의해 유기물을 분해시키고 복류정화지에 식재된 정수식물을 이용하여 질소, 인 등의 영양염류를 제거할 수 있도록 할 뿐만 아니라 콘크리트 구축물과 배관구조물을 최소한으로 사용하고 기존 고수부지 또는 호소 변의 토양을 최대한으로 이용함으로써 조성비용을 절감하고 설치 및 철거가 용이하며 홍수 등에 의해 부분적으로 손실되더라도 복구가 용이한 복류식 정화장치 및 이를 이용한 정화처리방법에 관한 것이다.
하천, 복류, 정화장치, 정화지, 접촉산화
Description
도1은 종래 기술에 따른 접촉산화식 정화장치의 일예를 보여주는 단면도,
도2는 본 발명에 따른 복류식 정화장치를 보여주는 평면도,
도3은 본 발명에 따른 복류식 정화장치의 내부 구조를 보여주는 평면도,
도4는 본 발명에 따른 복류식 정화장치의 단면도,
도5는 본 발명에 따른 복류식 정화장치의 원수공급수단을 보여주는 정면도,
도6은 본 발명에 따른 원수공급수단의 실시예를 보여주는 사시도,
도7 및 도8은 본 발명에 따른 분배관의 구조를 보여주는 단면도,
도9는 본 발명에 따른 메인유입관과 분배관의 바람직한 실시예를 보여주는 사시도,
도10은 본 발명에 따른 원수공급수단의 다른 실시예를 보여주는 사시도,
도11 및 도12는 본 발명에 따른 복류식 정화장치의 또 다른 실시예를 보여주는 평면도이다.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
2 : 제방 3 : 고수부지(둔치)
4 : 하천 5, 5', 5" : 복류식 정화지
10 : 본 발명의 복류식 정화장치 20 : 원수공급수단
21 : 상부분배조 22 : 하부분배조
23 : 매인유입관 24 : 서브유입관
25 : 분배관 27 : 배출공
30 : 확산부 33 : 부직포
34 : 방수시트 36 : 스트레이너
50 : 정화부 53 : 포화수층
55 : 습윤층(모세관층) 57 : 표층
60 : 정화식물 65 : 회수관
66, 67, 68, 69 : 제어밸브 70 : 방류부
71 : 둔턱
본 발명은 오염된 하천수, 호소수나 하폐수처리장에서 배출되는 방류수의 수질을 개선을 위해 하천의 고수부지나 호소 변에 설치하는 정화장치 및 이를 이용한 정화처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제방으로부터 하천에 이르는 넓은 고수부지 또는 호소 변의 부지에 지표면하 흐름 즉, 복류를 형성하는 복류정화지(伏流淨化地)를 조성함으로써 토양의 여과, 흡착 및 미생물의 대사작용에 의해 유기 물을 분해시키고 복류정화지에 식재된 정수식물을 이용하여 질소, 인 등의 영양염류를 제거할 수 있도록 할 뿐만 아니라 콘크리트 구축물과 배관구조물을 최소한으로 사용하고 기존 고수부지 또는 호소 변의 토양을 최대한으로 이용함으로써 조성비용을 절감하고 설치 및 철거가 용이하며 홍수 등에 의해 부분적으로 손실되더라도 복구가 용이한 복류식 정화장치 및 이를 이용한 정화처리장치에 관한 것이다.
최근 급속하게 오염이 진행되고 있는 하천이나 호수의 수질을 개선하기 위해서 다양한 비점오염 정화장치가 개발되고 있다. 이러한 비점오염 정화장치로서 가장 널리 사용되고 있는 것은 하천의 제외지나 제내지에 소정 크기의 수조를 파고, 그 수조에 불투수성 시트를 깔은 후 자갈, 모래 등의 여과재를 채워서 여과층을 형성하는 접촉산화조이다. 따라서 취수된 오염 하천수를 유입관과 분배관을 통해 여과층을 통과시키면 상기 여과층의 여과, 흡착 및 미생물의 대사작용으로 오염된 하천수가 정화되게 된다. 그리고 정화된 처리수는 여과층의 하부에 매설되어 있는 집수관을 통해 집수되어 다시 하천으로 방류되는 것이다.
그리고 이러한 접촉산화조의 상부에 정화식물을 식재하여 인, 질소 등 영양염류를 제거할 수 있는 하천 정화장치도 개발되었다. 즉, 도1에서 보는 바와 같이, 종래의 하천 정화장치(100)는 제외지나 제내지에 소정 크기의 수조(110)를 설치하고, 이 수조(110)에 하부자갈층(133), 모래층(135), 상부 자갈층(137) 및 표층(139)을 순서대로 적층하고, 그 표층(139)에는 갈대 등과 같은 정수식물(160)을 식재하는 것이다. 그리고 수조(110)내의 상부자갈층(137)에는 분배관로(153)를 배치하고 하부자갈층(133)에는 포집관로(155)를 배치한다.
이와 같이 종래의 하천 정화장치(100)는 하천의 고수부지에 소정 크기의 수조(110)를 파고, 그 내부에 모래나 자갈를 채워서 여재층(130)을 전면적으로 설치하고, 상기 여재층(130)의 상부에는 소정의 분배관로(153)를, 하부에는 소정의 포집관로(155)를 전면적으로 설치하는 구조이므로 시공비와 자재비가 상승되는 문제점이 있었다. 또한 정화조를 고부하율로 운전하여야 하므로 전문 인력이 요구될 뿐만 아니라 잘못 운영하면 조류나 미생물의 급격하게 번식하여 여재층이 폐색되어 실질적으로 운영이 불가능하게 되는 문제점이 있었다. 아울러 여름철의 홍수에 의해서 정화조의 일부가 유실되거나 폐색되는 경우에 전체 정화조를 복구하여야 하므로 유지 관리비가 증가되는 치명적인 문제점을 가지고 있다.
이에 따라 본 발명은 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 주된 목적은 쓸모없이 방치되고 있는 하천의 고수부지나 호소 변에 복류식 정화장치를 설치하여 오염된 하천수, 호소수나 하폐수처리장에서 배출되는 방류수를 정화하는, 복류식 정화지를 조성하고 저부하로 운전하도록 설계함으로써 전문인력 없이도 유지관리가 용이함과 아울러 대규모 콘크리트 구조물이나 배관구조물을 설치하지 않으므로 시설비용을 줄이고 친환경성을 높이며 기존 고수부지나 호소 변의 토양을 거의 그대로 이용함으로써 여름철의 홍수에 의해서 정화지의 일부가 유실되거나 폐색되어도 용이하게 복구하여 재사용 할 수 있는 복류식 정화장치 및 이를 이용한 정화처리장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 복류식 정화장치는, 하천 변 이나 제방에서 하천에 이르는 고수부지에 제방에서 하천쪽으로 흐르는 지표면하 흐름 즉, 복류를 형성하는 소정 크기의 복류식 정화지를 형성하되, 제방쪽에는 오염된 하천수 또는 방류수를 주입하여 분산시키는 확산부를 설치하고, 하천이나 호소쪽에는 기존 토양의 자연정화능을 그대로 이용하면서 정화수를 복류로 배출하는 방류부를 설치하며, 상기 확산부와 방류부 사이에는 포화수층, 습윤층 및 표층으로 구분되는 토양층이 충진된 정화부를 형성하고, 상기 표층에는 소정의 정수식물을 식재함으로써, 상기 확산부를 통해 유입되는 오염 하천수 등의 원수가 상기 정화부의 포화수층과 습윤층을 거쳐 이동하는 동안에 토양의 여과, 흡착작용 및 미생물의 대사작용에 의해 유기물을 분해시키는 동시에 표층에 식재된 정수식물의 뿌리에 의하여 질소, 인 등의 영양염류를 제거함과 아울러 상기 방류부를 통해 방류되는 동안에 재차 정화처리되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 확산부와 정화부는 지하수의 유입과 유출이 차단되는 불투수조이고, 상기 확산부에는 오염 하천수나 방류수를 주입하기 위한 소정의 원수공급수단이 설치되며, 상기 정화부와 방류부 사이에는 정화수 내에 소정 높이의 포화수층을 형성하기 위한 소정 높이의 둔턱이 설치되어 있다.
상기 방류부는 기존의 고수부지를 그대로 이용하거나 부분적으로 개량한 것으로 불투수층이 형성되지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 정화부와 방류부 사이에 설치된 둔턱은 방수시트 등으로 처리된 불투수층이거나, 소정의 투수계수를 갖는 투수층으로 정화수에 포함되어 있는 인 성분을 제거할 수 있도록 질석, 마사토, 제철슬래그, 알루미늄 또는 철가루 등 인 흡착물 질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 둔턱은 기존 토양에 왕겨, 마사토 등을 혼합하여 소정의 투수계수를 갖도록 개량할 수 있다.
상기 확산부로 오염된 하천수 또는 방류수를 공급하는 원수공급수단은 상기 정화지의 상류측에 설치되어 오염 하천수, 호소수 또는 하폐수처리장의 방류수 등의 원수가 유입되는 상부분배조와; 상기 상부분배조에 연통되게 설치되어 오염 하천수 또는 방류수를 하류쪽으로 유입시키는 메인유입관과; 상기 메인유입관에 일정 간격으로 설치되고 상기 정화지의 확산부로 소정 길이 신장되도록 직교방향으로 설치된 다수의 분배관과; 상기 확산부로 오염 하천수 또는 방류수를 주입하기 위하여 상기 분배관에 형성된 다수의 관통공을 포함하여 구성된다.
또한 상기 분배관의 외주면에는 소정의 투수계수를 갖는 부직포층이 설치될 수 있다.
그리고 상기 원수공급수단에는 분배관 내에 쌓여 있는 슬러지를 배출시키거나 분배관으로 공급되는 원수를 차단하여 특정 복류식 정화지를 일정 시간동안 휴지시키기 위한 원수 차단 및 회수수단이 더 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 복류식 정화장치를 이용한 오염 하천수, 호소수 및 하폐수처리장의 방류수 정화처리방법은, 제방에서 하천에 이르는 고수부지에 제방에서 하천쪽으로 흐르는 지표면하 흐름 즉, 복류를 형성하는 소정 크기의 복류식 정화지를 형성하되, 상기 제방쪽에는 오염된 하천수, 호소수 또는 하폐수처리장의 방류수를 주입하여 균등하게 분산시킬 수 있도록 소정의 원수공급수단이 설치된 확산부를 설치하고, 상기 하천쪽에는 기존 고수부지 토양의 자연정화능을 그대로 이용 하면서 정화수를 복류로 배출하는 방류부를 설치하며, 상기 확산부와 방류부 사이에는 포화수층, 습윤층 및 표층으로 구분되는 토양층이 충진됨과 아울러 상기 표층에는 정수식물이 식재된 정화부가 설치된 하천 정화장치에 있어서,
상기 원수공급수단을 통해 유입되는 오염된 하천수, 호소수 또는 하폐수처리장에서 배출되는 방류수를 상기 확산부로 분배하고 상기 확산부의 토양층을 통해 확산시키는 원수확산단계; 상기 확산부를 통해 확산된 원수가 상기 확산부와 정화부의 포화수층을 서시히 통과하면서 토양의 흡착, 여과 및 토양에 부착된 미생물의 분해작용에 의해서 정화되는 접촉산화단계; 상기 정화부에서 정화된 정화수가 상기 확산부와 정화수의 습윤층의 모관작용으로 상부로 빨려 올라가는 동안에 다시 토양의 여과, 흡착작용과 토양미생물에 의해서 분해되는 모관여과단계; 상기 확산부와 정화부의 포화수층과 습윤층을 통과하여 정화된 정화수가 상기 정화부의 하단에 불투수성의 둔턱을 넘어서 투수 부분으로 배출되는 원류단계와; 상기 투수 부분으로 공급된 정화수가 투수 부분 토양의 여과, 흡착작용과 토양미생물에 의해서 다시 한번 정화처리됨과 아울러 하천으로 방류되는 정화 및 방류단계를 포함하여 구성된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 하천의 고수부지에 설치되는 복류식 정화장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 도2는 본 발명에 따른 복류식 정화장치(10)를 보여주는 평면도이고, 도3은 본 발명에 따른 복류식 정화장치의 확산부(30)와 정화부(50)에 충진된 토양 층을 걷어낸 상태를 보여주는 평면도이며, 도4는 본 발명에 따른 복류식 정화장치(10)를 보여주는 단면도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 복류식 정화장치(10)는 제방(2)에서 하천(4)에 이르는 넓은 고수부지(3)에 제방에서 하천쪽으로 지표면하 흐름 즉, 복류를 형성하는 다수의 복류식 정화지(5)(5')를 설치하는 것을 특징으로 한다.
상기 복류식 정화지(5)는 도2 및 도3에서 보는 바와 같이, 제방(2)의 하단부에서 하천(4) 사이의 고수부지(3)에 형성되며, 제방으로부터 확산부(30), 정화부(50) 및 방류부(70)가 순차적으로 연이어 형성되어 있다. 이때 상기 확산부(30)와 정화부(50)는 소정의 방수시트(34)에 의해 지반층이 커버되는 불투수조이고, 상기 방류부(70)는 기존의 고수부지 토양을 거의 그대로 이용하는 투수 부분이다. 이때 상기 확산부(30)는 정화부(50)나 방류부(70)보다 상대적으로 작게 설치되는 것이 바람직하다. 그리고 미설명 부호 60은 정화지에 식재된 정수식물이고, 61은 작업자가 드나들 수 있는 통로이며, 62는 맨홀 뚜껑이다. 이러한 복류식 정화장치(10)는 호소 변에도 동일한 방식으로 설치될 수 있다.
또한 하천에서 취수된 오염 하천수나 하폐수처리장에서 방류되는 방류수(이하 '원수'라 함)는 제방쪽 가까이에 제방의 길이방향으로 설치되어 있는 원수공급수단(20)을 통해 공급된다. 그리고 상기 원수공급수단(20)을 통해 주입되는 원수는 확산부(30), 정화부(50) 및 방류부(70)를 거쳐 다시 하천으로 방류된다. 이와 같이 원수가 복류식 정화지(5)를 통과하는 동안에 확산부(30), 정화부(50) 및 방류부(70)에 충진된 토양층에 의해서 자연 정화되게 된다.
한편, 도4에서 보는 바와 같이, 상기 확산부(30)와 정화부(50)에 충진되는 토양은 굴착된 고수부지의 토양을 그대로 이용한다. 그러나 고수부지의 토양이 적당한 투수계수를 갖지 못하는 경우 인근지역의 토양이나 모래, 왕겨, 마사토 등으로 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 그리고 상기 정화부(50)와 방류부(70) 사이에는 불투수성이거나 소정의 투수계수를 갖는 소정 높이의 둔턱(71)이 설치된다. 이때 상기 둔턱(71)의 투수계수는 확산부(30)와 정화부(50)의 투수계수보다 작다. 따라서 상기 확산부(30)와 정화부(50)에 충진된 토양층에는 일정 수위면을 갖는 포화수층(53)이 형성된다.
상기 포화수층(53)은 둔턱(71)에 의해서 가두어진 원수가 서서히 유동하면서 소정 시간 동안 체류하는 부분으로서, 토양의 여과, 흡착 뿐만 아니라 미생물에 의해서 원수에 포함된 유기물을 산화 분해시키게 된다. 이때 상기 정화부(50)에서의 정화 효율을 높이기 위해서는 정화지로 유입되는 원수에 충분한 용존산소가 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 포화수층(53)의 상부에는 모세관현상으로 포화수층(53)의 물이 흡수되는 습윤층(55;모세관층)이 형성된다. 이 습윤층(55)은 포화수층(53)으로부터 흡수된 물이 충분히 포함되어 있고, 그 상부의 표층(57)에 식재된 정수식물(60)의 뿌리가 번성하며, 그 밖에 각종 미생물과 미소동물이 서식하는 곳이다. 모세관현상으로 포화수층(53)의 오염 하천수와 방류수가 습윤층(55)으로 빨아 올려지는 동안에 토양의 여과 및 흡착작용과 토양미생물의 대사작용에 의해 유기물질과 영양염류가 제거될 뿐만 아니라 오염 하천수와 방류수가 습윤층(55)에 머무르는 동안에 정수식물(60)의 뿌리가 질소, 인 등 영양염류를 제거하게 된다.
이어 상기 표층(57)은 정수식물(60)이 식재되는 층으로 우수의 침투 억제 및 침식을 방지하기 위하여 현장의 굴착토양에 점토나 진흙 등을 보충하여 이루어진다. 또한 제방에서 하천방향으로 소정의 경사도를 두어 배수가 원활하도록 한다. 그리고 상기 표층(57)에 식재된 정수식물(60)은 토양의 분해환경을 조성하여 토양의 통기성을 향상시킴으로써 산소의 공급을 원활하게 하고, 뿌리를 통해 영양염류를 흡수하는 동시에 미생물의 매질을 제공하여 처리효율이 향상시키고, 홍수 시에는 표층보호하고 동절기에는 정화지를 보온하는 기능을 한다. 아울러 동절기 한파가 심한 곳에서는 상기 표층(57)의 하부에 왕겨 등의 단열물질을 포함하는 소정 두께(1∼20mm)의 단열층을 두어 보온 성능을 향상시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기 방류부(70)는 정화부(50)에서 배출되는 정화수를 하천으로 방류하는 통로로서 기존 고수부지 토양의 자연정화능을 그대로 이용하여 정화수를 다시한번 정화하는 기능을 한다. 이와 같이 상기 방류부(70)는 기존 고수부지 토양을 활용하여 정화수를 재 처리하므로 처리효율을 높일 뿐만 아니라 처리수를 방류하기 위한 별도의 배수관을 설치하지 않음으로 설치비용을 절감하고 홍수시 고수부지의 유실과 함께 배수관 등이 소실되는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 상기 원수공급수단(20)은 도5 및 도6에서 보는 바와 같이, 상기 복류식 정화지(5)의 상류측에 형성되어 원수가 유입되는 상부분배조(21)와, 상기 복류식 정화지(5)의 하류측에 형성된 하부분배조(22)와, 상기 상부분배조(21)와 하부분배조(22) 사이에 수평하게 설치되는 소정 직경의 메인유입관(23)과, 상기 메인유 입관(23)의 일측면에 일정 간격으로 설치되고 상기 복류식 정화지(5)의 확산부(30)로 소정 길이 신장되게 설치되는 다수의 분배관(25)과, 상기 분배관(25)의 외주면에 관통되게 형성되어 원수를 상기 확산부(30)로 배출시키는 다수의 배출공(27)으로 구성되어 있다.
이때 상기 상부 및 하부분배조(21)(22)는 콘크리트 구조물, FRP, 재활용 합성수지재 등으로 이루어지며, 그 내부에는 상기 메인유입관(23)의 수위를 일정하게 유지하기 위한 소정 높이의 월류벽(24)이 설치되어 있다. 그리고 상부 및 하부분배조(21)(22)의 상부에는 우수 및 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 소정의 맨홀뚜껑(62)이 설치된다. 한편 도3에서 보는 바와 같이, 상부분배조(21)에는 오염 하천수를 취수하기 위한 취수관(26)과, 방류수가 유입되는 유입관(28)이 설치되는데, 이때 상기 오염 하천수를 취수하는 취수관(26)에는 도시되지 않은 소정의 침사조와 스크린조가 구비되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 메인유입관(23)은 도6 및 도9에서 보는 바와 같이, PVC,PE, PP 또는 STS 등 토양부식에 강한 재질로 이루어진 소정 직경의 관으로서, 상기 상부분배조(21)와 하부분배조(22) 사이에 수평하게 설치된다. 그리고 상기 메인유입관(23)의 일측에 설치된 다수의 분배관(25)은 일정간격 이격되게 설치되고 확산부(30)에 위치하도록 하천쪽으로 설치된다. 이때 상기 분배관(25)의 선단부는 상부로 소정 각도로 경사지게 설치되어 분배관 내부에 이물질이나 슬러지가 축적되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 분배관(25)에는 다수의 배출공(27)이 천공되어 있다. 따라서 상기 상부분배조(21)로 공급되는 오염 하천수 또는 방류수는 상 기 메인유입관(23)으로 유입된 다음 상기 다수의 분배관(25)을 통해 분배된 후 상기 배출공(27)을 통해 확산부(30)로 균등하게 공급된다.
이때 상기 분배관(25)의 외주면에 도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 소정 공극의 부직포(33)로 감싸 외부로 배출되는 오염 하천수 또는 방류수에 의해 확산부(30)의 토양이 침식되는 것을 방지하고 외부의 이물질이 분배관(25)의 내부로 유입되는 것을 방지한다. 또한 상기 배출공(27)에 다수의 슬릿(29)이 형성된 스트레이너(36)를 설치하여 원수의 배출속도를 감소시켜 토양침식을 방지하고 이물질의 유입을 차단하는 것이 바람직하다. 이때 상기 슬릿(29)은 외부 이물질이 인입되는 것을 방지할 수 있는 정도의 크기로 형성된다. 이와 같이 배출공(27)에 스트레이너(36)를 설치하면 부직포(33)를 생략할 수도 있으나 경우에 따라서는 스트레이너(27)와 부직포(33)를 동시에 설치하는 것도 가능하다.
한편, 도9의 사시도에서 보는 바와 같이, 상기 메인유입관(23)에는 다수의 T자형 분지관(24)을 설치하고, 상기 T자형 분지관(24)의 선단에는 분배관(25)을 결합시키기 위한 플랜지(29)를 형성하는 것이 바람직하다. 이때 T자형 분지관(24)은 소정 각도 상향으로 경사지게 설치된다. 그리고 상기 분배관(25)의 최선단에는 분배관(25)내의 공기를 외부로 배출시키기 위한 공기구멍(32)을 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 공기구멍(32)은 상기한 스트레이너(36)와 유사한 구조를 갖는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 따른 복류식 정화장치(10)는 상술한 바와 같은 복류식 정화지(5)(5')(5")를 하천의 고수부지(3)를 따라 연속적으로 설치하는 것이 가능하 다. 예를 들어, 처리수량을 늘리고자 하는 경우에는 도2 및 도5에서 보는 바와 같이, 기존 복류식 정화지(5) 옆에 소정 크기로 불투수조를 형성하고, 기존 하부분배조(22)에 소정 길이의 메인유입관(23)을 연결 설치한 다음 상기 메인유입관(23)에 다수의 분배관(25)을 설치하고, 상기 분배관(25)의 외주면을 부직포(33)로 감싼 후 굴착된 고수부지의 토양을 다시 충진시키고 그 표층(57)에 갈대 등의 정수식물(60)을 식재하면 된다.
이때 상기 정화부(50)와 방류부(70) 사이에 설치되는 둔턱(71)은 소정 높이의 뚝방에 방수시트(34)를 깔아서 완전 불투수성으로 형성하거나 소정의 투수계수를 갖는 뚝방에 정화수 중에 포함되어 있는 인 성분을 제거할 수 있는 질석, 마석토, 제철슬래그, 알루미늄 또는 철가루 등의 인 흡입물질을 혼합하여 설치할 수 있다. 예를 들어, 질석(蛭石)은 알루미늄 ·마그네슘 ·철의 수산화규산염으로 된 점토광물로서 다공질이며, 흡수성, 흡착성 및 양이온 교환능력이 크다. 따라서 가열하여 팽창시킨 질석을 일반 토양에 혼합하여 소정 높이의 둔턱(71)을 형성하면 상기 둔턱(71)을 투과하여 배출되는 정화수 중에 포함된 인을 제거할 수 있게 된다. 그 밖에 마사토, 제철슬래그, 알루미늄 또는 철가루 등도 동일한 방법으로 설치될 수 있다. 또한 왕겨나 마사토를 이용하여 투수계수를 조절하는 것도 바람직하다.
한편, 도10은 본 발명에 따른 복류식 정화장치의 다른 실시예를 보여주는 것으로, 특히 분배관(25)의 선단에 소정 직경의 회수관(65)을 연통되게 설치하고, 상기 회수관(65)의 단부를 하부분배조(22)에 연결함으로써 상기 분배관(25)내에 퇴적된 슬러지와 이물질을 세정할 수 있도록 한다. 따라서 분배관(25)에 이물질이 쌓인 경우에는 메인유입관(23)의 메인밸브(67)를 닫고 회수관(65)의 제어밸브(66)를 개방하여 메인유입관(23)의 원수를 분배관(25)과 회순관(65)을 통해 회수함으로써 분배관(25)내의 이물질을 세정할 수 있다.
그리고 도11은 본 발명에 따른 복류식 정화장치의 또 다른 실시예를 보여주는 것으로서, 소정 직경의 서브유입관(24)이 정화지(5)(5') 내의 메인유입관(23)에 평행하게 설치되어 있고, 상기 서브유입관(24)에는 정화지의 확산부(30)로 다수의 분배관(25)이 설치되어 있다. 그리고 상기 분배관(25)의 선단에는 소정 직경의 회수관(65)이 분배관(25)과 연결되어 있고, 서브유입관(24)의 양단에는 메인유입관(23)과 연통되는 연결관(38 및 39)이 각각 설치되고 있다. 그리고 상기 연결관(38 및 39)에는 상부밸브(68)와 하부밸브(69)가 각각 설치되어 있다. 이때 상기 메인유입관(23)의 하류쪽에는 메인밸브(67)가 설치되어 있다.
따라서 상기 복류식 정화지(5) 내부에 미처리된 유기물질이 일정량 이상으로 축적되는 경우에(또는 주기적으로)는 상기 상부밸브(68)와 하부밸브(69)를 닫아서 서브유입관(24)으로 원수가 유입되지 못하도록 함으로써 복류식 정화지(5)가 일정 기간의 휴지기를 갖도록 할 수 있다. 또한 상기 분배관(25) 내부에 이물질이나 슬러지가 축적된 경우에(또는 주기적으로)는 상기 상부밸브(68)와 하부밸브(69)를 개방하고, 상기 메인유입관(23)의 하류에 설치된 메인밸브(67)를 닫아서 메인유입관(23)의 원수가 모두 서브유입관(24)을 통해 분배관(25)으로 흐르게 함으로써 과잉 공급되는 원수에 의해서 분배관(25) 내의 축적물이 회수관(65)을 통해 하부분배조(22)로 배출되도록 한다.
한편, 도12는 본 발명에 따른 복류식 정화장치(10)의 다른 실시예를 보여주는 것으로서, 다수의 복류식 정화지(5)(5')(5")가 병렬로 설치되어 있다. 그리고 상부유입조(21)와 각 정화지(5)(5')(5")의 메인유입관(23) 사이에는 다수 개의 메인연결관(64)이 각각 독립적으로 설치되어 있다. 따라서 각 메인연결관(64)에 설치된 다수의 제어밸브(63)를 선택적으로 개폐시킴으로써 각 정화지(5)(5')에 일정 기간의 휴지기를 부여할 수 있다. 이와 같이 각 복류식 정화지(5)(5')에 적절한 휴지기를 부여함으로써 전체 복류식 정화장치(10)의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명에 따른 복류식 정화장치를 이용한 정화방법을 상세히 설명한다. 먼저, 오염된 하천수, 호소수 또는 하폐수처리장에서 배출되는 방류수는 소정의 취수관(26)(28)을 통해 상부분배조(21)로 공급된다. 이때 오염 하천수는 스크린조나 침사조를 통해 부유물질 등이 제거되고 원수 내의 용존산소가 부족한 경우에는 소정의 포기장치를 통해 산소를 공급한다. 이어 상기 상부분배조(21)로 공급된 원수는 메인유입관(23)을 통해 하부분배조(22)로 흐르는 동안에 다수의 분배관(25)과 배출공(27)을 통해 복류식 정화지(5)의 확산부(30)로 균등하게 분배된다. 이때 상기 분배관(25)의 외주면에 설치된 부직포(33)는 원수의 배출속도를 감소시켜 확산부(30)의 토양이 침식되는 것을 방지한다.(원수확산단계)
상기 배출공(27)을 통해 배출된 원수는 부직포(33)와 토양층을 통해 더 넓게 퍼진 후, 토양의 모관작용 및 중력 작용에 의해 상하 및 횡방향으로 이동 분산하면서 복류식 정화지(5)의 포화수층(53)을 통과하게 된다. 이때 원수는 포화수층(53)을 통과하면서 토양의 흡착, 여과 및 토양에 부착된 미생물의 분해작용에 의해서 정화되게 된다.(접촉산화단계)
그리고 상기 정화부(50)에서 정화된 정화수는 습윤층(55)의 모세관작용으로 상부로 빨려 올라가는 동안에 다시 토양의 여과, 흡착작용과 토양미생물에 의해서 분해될 뿐만 아니라 습윤층(55)에 머무르는 동안에 정수식물(60)의 뿌리가 질소, 인 등 영양염류를 흡수하여 제거하게 된다.(모관여과단계)
이어서, 상기 정화부(50)의 포화수층(53)과 습윤층(55)을 통과하여 정화된 정화수는 정화부(50)와 방류부(70) 사이에 설치된 둔턱(71)을 넘어서 방류부(70)로 흘러가게 된다.(월류단계) 또한 상기 둔턱(71)을 투과하는 정화수는 둔턱에 포함된 질석, 마사토 등인 흡착물질에 의해 인이 추가적으로 흡착되게 된다.(투과 및 인흡착단계)
그리고 상기 방류부(70)로 공급된 정화수는 방류부(70) 토양의 여과, 흡착작용과 토양미생물에 의해서 다시 한번 정화처리되면서 하천으로 서서히 방출되게 된다.(정화 및 방류단계)
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 복류식 정화장치는 하천의 양쪽에 방치되어 있는 고수부지나 호소 변에 저렴한 비용으로 설치하여 오염된 하천수, 호소수나 하폐수처리장에서 배출되는 방류수를 처리하여 방류함으로써 하천이나 호소의 수질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 정화지를 저부하율로 운전되도록 설계함으로써 전문인력 없이도 유지관리가 용이함과 아울러 대규모 콘크리트 구조물이나 배관구조물을 설치 하지 않으며 기존 고수부지의 토양을 거의 그대로 이용함으로써 여름철의 홍수에 의해서 정화지의 일부가 유실되거나 폐색되어도 용이하게 복구하여 재사용 할 수 있는 효과가 있다.
Claims (14)
- 호소 변이나 하천의 고수부지에 설치되는 하천 정화장치에 있어서,제방에서 하천에 이르는 고수부지에 제방에서 하천쪽으로 흐르는 지표면하 흐름 즉, 복류를 형성하는 소정 크기의 복류식 정화지를 형성하되,상기 제방쪽에는 오염된 하천수, 호소수 또는 하폐수처리장의 방류수를 주입하여 균등하게 분산시킬 수 있도록 소정의 원수공급수단이 설치된 확산부를 설치하고,상기 하천쪽에는 기존 고수부지 토양의 자연정화능을 그대로 이용하면서 정화수를 복류로 배출하는 방류부를 설치하며,상기 확산부와 방류부 사이에는 포화수층, 습윤층 및 표층으로 구분되는 토양층이 충진됨과 아울러 상기 표층에는 정수식물이 식재된 정화부를 설치하고,상기 정화부와 방류부 사이에는 정화부 내에 포화수층을 형성하기 위한 소정 높이의 불투수성의 둔턱을 설치함으로써,상기 확산부를 통해 유입되는 오염 하천수 및 방류수가 상기 정화부의 포화수층과 습윤층을 거쳐 이동하는 동안에 토양의 여과, 흡착작용 및 미생물의 대사작용에 의해 유기물을 분해시키는 동시에 표층에 식재된 정수식물의 뿌리에 의하여 질소, 인 등의 영양염류를 제거하는 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치.
- 제1항에 있어서,상기 확산부와 정화부는 지하수의 유입과 유출이 차단되는 불투수 부분이고, 상기 방류부는 기존의 고수부지의 토양을 그대로 이용하거나 부분적으로 개량한 투 수 부분인 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치.
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 정화부와 방류부 사이에는 정화부 내에 포화수층을 형성함과 아울러 정화수에 포함되어 있는 인 성분을 제거할 수 있도록 소정의 투수계수를 갖고 질석, 마사토, 제철슬래그, 알루미늄 또는 철가루로부터 선택된 하나 또는 이들을 혼합한 인흡착물질이 포함된 소정 높이의 둔턱이 설치되는 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치.
- 제1항에 있어서,상기 확산부와 정화부는 포화수층, 습윤층 및 표층으로 이루어진 토양층이 형성되고, 상기 포화수층과 습윤층에는 투수계수를 조절하기 위하여 모래, 왕겨와 같이 투수계수가 큰 물질이 혼합되며, 상기 표층의 하부에는 소정 비율로 혼합된 왕겨를 포함하는 보온층이 형성된 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치.
- 호소 변이나 하천의 고수부지에 설치되는 하천 정화장치에 있어서,제방에서 하천에 이르는 고수부지에 제방에서 하천쪽으로 흐르는 지표면하 흐름 즉, 복류를 형성하는 소정 크기의 복류식 정화지를 형성하되,상기 제방쪽의 상류측에 설치되어 원수가 유입되는 상부분배조, 상기 상부분 배조에 연통되게 설치되어 원수를 하류쪽으로 유입시키는 메인유입관, 상기 메인유입관에 일정 간격으로 설치되고 직교방향으로 돌출되도록 설치된 다수의 분배관과 상기 분배관에 형성된 다수의 배출공으로 이루어진 원수공급수단이 설치되어 오염된 하천수, 호소수 또는 하폐수처리장의 방류수를 주입하여 균등하게 분산시키기 위한 확산부를 설치하고,상기 하천쪽에는 기존 고수부지 토양의 자연정화능을 그대로 이용하면서 정화수를 복류로 배출하는 방류부를 설치하며,상기 확산부와 방류부 사이에는 포화수층, 습윤층 및 표층으로 구분되는 토양층이 충진됨과 아울러 상기 표층에는 정수식물이 식재된 정화부를 설치함으로써,상기 확산부를 통해 유입되는 오염 하천수 및 방류수가 상기 정화부의 포화수층과 습윤층을 거쳐 이동하는 동안에 토양의 여과, 흡착작용 및 미생물의 대사작용에 의해 유기물을 분해시키는 동시에 표층에 식재된 정수식물의 뿌리에 의하여 질소, 인 등의 영양염류를 제거하는 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치.
- 제6항에 있어서,상기 배출공에는 소정 간격의 슬릿이 형성된 스트레이너가 설치된 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치.
- 제6항에 있어서,상기 분배관은 그 선단이 상부로 소정 각도 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치.
- 제6항에 있어서,상기 분배관의 선단에는 소정 직경의 회수관이 연통되게 설치되고 상기 회수관의 일측 단부는 하부분배조 또는 메인유입관에 연결되며 상기 메인유입관과 회수관에는 원수의 흐름을 단속하기 위한 제어밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 복류 식 정화장치.
- 제6항 또는 제9항에 있어서,상기 메인유입관에 평행하게 서브유입관이 설치되고, 상기 서브유입관의 일측에는 다수의 분배관이 설치되며, 상기 분배관의 선단에는 소정 직경의 회수관이 연통하도록 설치되고, 상기 서브유입관의 양단에는 메인유입관과 연통됨과 아울러 원수의 흐름을 단속하기 위한 제어밸브가 설치된 연결관이 설치된 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치.
- 제1항에 있어서,상기 다수의 복류식 정화지가 병렬로 설치되고 각 복류식 정화지의 메인유입관에 는 소정의 제어밸브가 설치된 메인연결관이 독립적으로 연통되게 설치된 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치.
- 제방에서 하천에 이르는 고수부지에 제방에서 하천쪽으로 흐르는 지표면하 흐름 즉, 복류를 형성하는 소정 크기의 복류식 정화지를 형성하되, 상기 제방쪽에는 오염된 하천수, 호소수 또는 하폐수처리장의 방류수를 주입하여 균등하게 분산시킬 수 있도록 소정의 원수공급수단이 설치된 확산부를 설치하고, 상기 하천쪽에는 기존 고수부지 토양의 자연정화능을 그대로 이용하면서 정화수를 복류로 배출하는 방류부를 설치하며, 상기 확산부와 방류부 사이에는 포화수층, 습윤층 및 표층 으로 구분되는 토양층이 충진됨과 아울러 상기 표층에는 정수식물이 식재된 정화부가 설치된 하천 정화장치에 있어서,상기 원수공급수단을 통해 유입되는 오염된 하천수, 호소수 또는 하폐수처리장에서 배출되는 방류수를 상기 확산부로 분배하고 상기 확산부의 토양층을 통해 확산시키는 원수확산단계;상기 확산부를 통해 확산된 원수가 상기 확산부와 정화부의 포화수층을 서시히 통과하면서 토양의 흡착, 여과 및 토양에 부착된 미생물의 분해작용에 의해서 정화되는 접촉산화단계;상기 정화부에서 정화된 정화수가 상기 확산부와 정화수의 습윤층의 모관작용으로 상부로 빨려 올라가는 동안에 다시 토양의 여과, 흡착작용과 토양미생물에 의해서 분해되는 모관여과단계;상기 확산부와 정화부의 포화수층과 습윤층을 통과하여 정화된 정화수가 상기 정화부의 하단에 불투수성의 둔턱을 넘어서 투수 부분으로 배출되는 원류단계와;상기 투수 부분으로 공급된 정화수가 투수 부분 토양의 여과, 흡착작용과 토양미생물에 의해서 다시 한번 정화처리됨과 아울러 하천으로 방류되는 정화 및 방류단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치를 이용한 오염 하천수, 호소수 및 하폐수처리장의 방류수 정화처리방법.
- 제12항에 있어서,상기 습윤층에 머무르는 동안에 정수식물의 뿌리가 질소, 인 등 영양염류를 흡수하여 제거하는 영양물질 제거단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치를 이용한 오염 하천수, 호소수 및 하폐수처리장의 방류수 정화처리방법.
- 제13항에 있어서,상기 원류단계 대신에 소정의 투수계수를 갖는 둔턱을 투과하는 정화수가 둔턱에 포함된 질석, 마사토 등의 인 흡착물질에 의해 인이 추가적으로 제거되는 인제거단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 복류식 정화장치를 이용한 오염 하천수, 호소수 및 하폐수처리장의 방류수 정화처리방법.
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