KR100777164B1 - 하천정화시설의 유입구 개폐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 하천정화시설의 유입구 개폐장치는 하천수의 흐름방향에 대하여 댐을 형성하고, 팽창 및 수축이 가능한 수위유지부재; 수위감지수단; 및 상기 수위유지부재의 부피 또는 높이를 조절하는 압력을 발생시키는 압력조절수단을 포함하여, 하천수의 수위에 따라 상기 압력조절수단에 의해 상기 수위유지부재가 팽창 또는 수축됨으로써 상기 수위유지부재의 후방에 근접 설치된 유입구를 개폐한다.

본 발명은 이물질의 침전을 강화하고, 하천정화시설의 유입구로 이물질이 유입되는 것을 방지하며, 하천정화시설의 유입부에 오염물 집중을 방지하고, 하천정화시설의 수명을 연장시킬 수 있으며, 설비비용을 줄일 수 있고, 하천정화시설에서 필요한 용존산소량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

하천, 정화, 침전물, 퇴적물, 부유물, 스크린, DO, 역간접촉산화

Description

하천정화시설의 유입구 개폐장치{Apparatus for opening and closing the entrance of river filteration system}

도1은 종래 역간 접촉산화법에 의한 하천정화시설의 유입구 개폐장치의 요부를 보여주는 측면도.

도2는 본 발명에 따른 하천정화시설의 유입구 개폐장치의 사용상태를 보여주는 사시도.

도3은 도2의 A-A′선 단면도.

도4는 홍수시 변형된 하천정화시설의 유입구 개폐장치를 보여주는 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 하천정화시설의 유입구 개폐장치 110 : 수위유지부재

120 : 수위감지수단 130 : 제1스크린

140 : 제2스크린 150 : 지지대

160 : 공압호스 170 : 압력조절수단

200 : 수로벽

본 발명은 하천정화시설의 유입구 개폐장치에 관한 것으로, 본 개폐장치에 의해 유입구를 개방 또는 폐쇄시켜 하천정화시설의 유입구로 유입될 수 있는 이물질들을 차단하고, 하천정화시설의 파손을 막아 이의 수명을 연장시키며, 하천수내의 용존산소량을 증가시켜 하천정화에 일조하는 하천정화시설의 유입구 개폐장치에 관한 것이다.

일반적으로, 하천은 식물 플랑크톤 등의 미생물 및 원생 동물 등의 활동에 의해 하천에 포함되어 있는 유기질이 산화·분해되는 자체 정화능력을 가진다. 그러나, 최근 농약 등의 약물이나 생활 폐수 등에 의한 하천의 오염은 오염 물질을 분해할 수 있는 미생물들의 사멸을 야기하였고, 그에 의해 오염 물질은 더욱 축적되어 하천의 오염이 가속되고 있다. 이러한 오염의 확산을 방지하고, 하천을 정화하고자 하천의 상류에 하천정화시설을 설치하여 운영해오고 있다.

이러한 하천정화시설에는 역간 접촉산화법이 주로 사용되는데, 이런 정화방식에서 하천정화시설은 오염된 하천수를 취수하여 침사되는 슬러지를 걸러내는 1차저류조, 상기 1차저류조를 통과한 하천수의 이물질들을 산화분해시키는 접촉산화조 및 상기 접촉산화조를 통과한 하천수를 취수하여 방류하는 2차저류조를 포함한다.

상기 역간 접촉산화법은 자갈, 쇄석 또는 각종 여과재로 충진된 접촉산화조내에 하천수, 오수등을 통과시켜 오염물의 침전, 흡착, 미생물에 의한 소화 등을 통하여 수질을 정화하는 방식이다.

이때, 상기 접촉산화조에 내장되는 하천정화수단인 접촉재로서 목탄과 자갈을 사용(한국공개특허 제93-23280호)하거나, 폐콘크리트 또는 폐타이어를 사용(한국공개특허 제97-20976호, 제97-20977호)하여 왔다. 그러나, 이러한 접촉재들은 공극율이 작아 오염물질의 여과, 흡착 과정 및 오염 물질을 분해하는 미생물의 부착 과정에서 공극이 쉽게 막히는 현상이 나타나고, 이에 따라 하천정화시설의 반응조 내부에는 공기의 공급이 원활하지 못하여 혐기성 상태가 되며, 용존 산소(dissolved oxygen, DO)량의 부족은 오염 물질을 분해하는 미생물의 생육 및 증식을 저하하여 결과적으로 하천 정화의 효과 및 효율성을 저하시키는 폐단이 있다.

특히, 상기 1차저류조로 하천수를 충분히 유입시키기 위하여 하천의 중간에 물막이용 둑이 설치되며, 1차저류조로 하천수가 유입되는 유입구는 상기 둑의 전방에 설치되는데, 하천수에 포함된 무거운 퇴적물 및 침전물을 포함한 이물질들이 둑에 의한 감소된 유속에 의해 둑의 전방에서 침전하여 둑의 전방에 설치된 유입구에 집중됨으로써, 하천정화시설의 유입구를 포함한 유입부에 흘러들어가 상기 접촉재공극의 폐쇄를 가속화시키고, 여름철의 장마와 같은 강수량이 많을 시 이물질들이 유입구를 포함한 유입부에 흘러들어가 하천정화시설의 파손이 발생되고, 이의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 한국공개특허 제1999-0024201호의 ‘역간 접촉산화법에 의한 하천수질정화시설의 저류조 유입수로 및 개폐시스템’이 출원된 바 있다.

도1은 종래 역간 접촉산화법에 의한 하천정화시설의 유입구 개폐장치의 요부를 보여주는 측면도이다.

도1에 나타낸 바와 같이, 상기 하천수질정화시설의 저류조 유입수로 및 개폐시스템은 저류조의 유입수로 및 배수로인 흄관(1)과 연결되는 서스관(2), 하천수위감지센서(4), 하천수위감지센서(4)에서 감지된 데이터를 이송하기 위한 케이블(11), 감지되어 이송된 하천수위가 기준치 이상인 경우 압력을 발생하는 솔레노이드밸브(5), 결로방지기(6), 솔레노이드밸브(5)로부터 발생된 압력을 저류조의 하천수 유입수로 및 배출수로의 일측에 설치된 서스관 개폐용 수문(8)을 개폐시키도록 작동하는 에어실린더(7), 에어실린더(7)의 축에 의하여 연결구(10)를 통해 실링수단(9)을 포함한 상기 서스관(2)의 하천측 단부(21)를 개폐하는 서스관 개폐용 수문(8)으로 구성된다.

이러한 하천수질정화시설의 저류조 유입수로 및 개폐시스템은 하천의 수위가 높아질 경우, 상기 에어실린더(7)에 의해 서스관 개폐용 수문(8)을 닫히게 함으로써, 하천수에 포함된 각종 이물질들이 하천정화시설의 유입구로 유입되는 것을 방지하는 효과가 있으나, 그 전체적인 구조가 복잡하며, 고가의 유압설비 및 기구조합 등으로 인해 설비비용이 고가인 문제점이 있고, 서스관 개폐용 수문(8)이 서스관(2)의 하천측 단부(21)를 폐쇄할 시, 이들의 사이에 이물질이 끼여 서스관 개폐용 수문(8)의 폐쇄를 방해하여 작동에 문제를 일으킬 수 있는 단점이 있다.

또한, 상기 하천수질정화시설의 저류조 유입수로 및 개폐시스템은 접촉재의 공극에 쌓이는 하천중의 오염물을 제거하기 위한 슬러지 인발 시설 및 슬러지 저류 공간을 별도로 설치해야 하는 문제점이 있으며, 이를 해소하기 위하여 상기 슬러지 저류 공간을 대체하는 슬러지 포트 또는 슬러지 챔버를 슬러지의 퇴적이 심한 하천의 유입부 또는 중간부에 설치할 수 있으나, 이 또한 상기 슬러지 포트 또는 슬러지 챔버에 퇴적된 슬러지를 제거하기 위한 또 다른 시설을 필요로 하여 하천정화시설에서의 설치공간이 확보되어야 하며, 이와 관련된 장치의 공사비용 및 유지관리비용이 높아지게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기 하천수질정화시설의 저류조 유입수로 및 개폐시스템을 포함한 종래의 역간 접촉산화법의 하천정화시설에서 둑의 전방 하부에 설치되는 하천정화시설의 유입구로 저류되는 하천수는 침전된 각종 퇴적물을 포함한 오염물에 의해 용존산소량이 일정량 감소하게 되며, 저류된 하천수를 정화하는 데에 필요로 하는 용존산소량이 충분하지 않아 오염물의 산화 분해에 필요한 용존산소량을 공급하는 별도의 공기공급시설이 요구되는 문제점이 있다.

본 발명은 하천정화시설의 유입구로 유입될 수 있는 이물질들을 유입구의 전방에서 미리 차단하여 하천정화시설의 파손을 막고, 이에 따라 하천정화시설의 수명을 연장시키며, 복잡한 기존 유입구 개폐장치를 대체하여 설비비용을 줄이고, 하천수의 정화시 필요한 하천수내의 용존산소량을 증가시키는 하천정화시설의 유입구 개폐장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 하천정화시설의 유입구 개폐장치는 하천수의 흐름방향에 대하여 댐을 형성하고, 팽창 및 수축이 가능한 수위유지부재; 상기 수위유지부재 또는 수위유지부재 전방의 하천수내에 설치되어 하천수의 수위를 감지하는 수위감지수단; 및 상기 수위유지부재 및 수위감지수단과 연결되어 상기 수위감지수단에 의해 감지된 신호에 따라 상기 수위유지부재의 부피 또는 높이를 조절하는 압력을 발생시키는 압력조절수단을 포함하여, 하천수의 수위에 따라 상기 압력조절수단에 의해 상기 수위유지부재가 팽창 또는 수축됨으로써 상기 수위유지부재의 후방에 근접 설치된 유입구를 개폐한다.

상기 수위유지부재 및 하천수가 흐르는 바닥면에 고정되어 상기 수위유지부재를 지지하는 지지대를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 수위유지부재의 상부에 설치되어 하천수의 부유물을 걸러내는 제1스크린을 더 포함하고, 상기 유입구의 상부에 형성되고, 상기 수위유지부재의 후방에 근접 설치되어 상기 제1스크린으로부터 걸러내지 못한 부유물을 걸러내는 제2스크린을 더 포함하며, 상기 제2스크린의 단위틀체는 상기 제1스크린의 단위틀체보다 더 작은 것이 바람직하다.

상기 수위유지부재는 팽창 및 수축이 가능하도록 공기가 흐를 수 있는 공기통로를 내부에 구비하는 것이 바람직하고, 상기 수위유지부재는 고무재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한 다.

도2는 본 발명에 따른 하천정화시설의 유입구 개폐장치의 사용상태를 보여주는 사시도이고, 도3은 도2의 A-A′선 단면도이며, 도4는 홍수시 변형된 하천정화시설의 유입구 개폐장치를 보여주는 사시도이다.

도2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 하천정화시설의 유입구 개폐장치(100)는 하천수의 흐름방향에 대하여 댐을 형성하고, 팽창 및 수축이 가능한 수위유지부재(110), 상기 수위유지부재(110) 또는 수위유지부재(110) 전방의 하천수내에 설치되어 하천수의 수위를 감지하는 수위감지수단(120), 상기 수위유지부재(110) 및 수위감지수단(120)과 연결되어 상기 수위감지수단(120)에 의해 감지된 신호에 따라 상기 수위유지부재(110)의 부피 또는 높이를 조절하는 압력을 발생시키는 압력조절수단(170)을 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 수위유지부재(110)를 지지하는 지지대(150), 하천수의 부유물을 걸러내는 제1스크린(130) 또는 제2스크린(140)을 더 포함할 수 있다.

상기 수위유지부재(110)는 도2 및 도3에 나타낸 바와 같이, 양측과 하부가 수로벽(200) 및 하천수가 흐르는 바닥면에 각각 접촉되어 하천수의 흐름방향에 대하여 양측면 및 아랫면에 대해 접촉되게, 바람직하게는 양측면 및 아랫면에서 수밀성을 가지도록 댐을 형성하고, 내부에는 길이방향의 공기통로(111)가 형성되며, 상기 공기통로(111)내의 공기량에 따라 팽창 및 수축이 가능하도록 탄성재질 중 바람직하게 고무재질로 이루어진다. 즉, 상기 수위유지부재(110)는 하천수에 포함된 날카로운 이물질들이 전방에 침전·접촉되어 손상을 줄 수 있으므로 이에 견딜 수 있 고, 하천수에 휩쓸려 외형이 변형됨으로써 수로벽(200) 및 바닥면과의 접촉성이 떨어지지 않도록 탄성재질 중 바람직하게 충분한 두께, 하중 및 표면경도를 가진 합성고무를 포함한 고무재질로 이루어지며, 최대양의 공기가 상기 공기통로(111)내에 투입될 시 하천수의 유체흐름에 대해 적응력이 뛰어나도록 바람직하게 길다란 원기둥형상으로 이루어진다.

상기 지지대(150)는 하천수가 흐르는 바닥면에 접촉되도록 시공될 수 있는 상기 수위유지부재(110)의 양측면의 중심부에 각각 부착되고, 하천수가 흐르는 바닥면에 고정되어 상기 수위유지부재(110)를 견고하게 지지한다.

상기 수위감지수단(120)은 수위감지센서를 포함하여 상기 수위유지부재(110)의 상부 또는 수위유지부재(110) 전방의 하천수내에 설치되어 적게는 강우 및 홍수시 하천수의 수위를 감지함으로써, 후술할 압력조절수단(170)으로 검출된 하천 수위의 신호를 보낸다.

상기 압력조절수단(170)은 상기 수위유지부재(110)의 부피 또는 높이를 조절하는 압력(공압)을 발생하는 기능을 하는 것으로, 압력조절제어부 및 상기 압력조절제어부에 의해 작동되어 상기 수위유지부재(110)의 공기통로(111)에서 공기를 주입하거나 배출하는 공압모터펌프(미도시)를 포함하되, 상기 공압모터펌프에 의해 발생된 고압공기를 저장하여 공기 주입에 이용할 수 있는 고압공기탱크(미도시)를 선택적으로 포함할 수 있으며, 상기 수위유지부재(110)의 공기통로(111)와 연통되도록 공압호스(160)에 의해 상기 지지대(150)를 관통하여 상기 수위유지부재(110)와 연결되고, 상기 수위감지수단(120)에 의해 감지된 신호를 받아 상기 압력조절제 어부가 하천수의 수위에 따라 상기 수위유지부재(110)의 부피 또는 높이를 조절하도록 상기 수위감지수단(120)과 회로적으로 연결된다.

즉, 상기 압력조절제어부는 상기 수위감지수단(120)으로부터 하천수의 수위에 대한 검출신호를 인가받아 그 신호의 수치가 최대 한계수위를 의미하는 설정수치 이상이면, 상기 공압모터펌프로 작동신호를 보내 수위유지부재(110)의 공기통로(111)에 존재하는 공기를 배출하여 편평하게 변형된 수위유지부재(110)가 유입구(210)를 폐쇄하도록 하며, 인가된 검출신호가 설정수치 이하이면, 하천수 수위에 따라 표면 부근의 하천수가 유입구(210)로 충분하게 유입될 수 있는 범위내에서 수위유지부재(110)의 상부가 하천수의 수위보다 더 낮게 위치하도록 상기 공압모터펌프로 작동신호를 보내 수위유지부재(110)의 공기통로(111)에 존재하는 공기를 배출하거나 주입하여 수위유지부재(110)의 부피 또는 높이를 조절한다.

상기 제1스크린(130)은 다수의 단위틀체들이 조합된 일종의 필터로서, 상기 수위유지부재(110)의 상부상에 하천수의 폭방향, 즉 수위유지부재(110)의 길이방향으로 부착되어 상기 수위유지부재(110)의 전방에서 침전되지 않고 떠내려온 가벼운 부유물들을 걸러낸다.

상기 제2스크린(140)은 상기 제1스크린(130)의 단위틀체보다 더 작은 다수의 단위틀체들로 조합된 일종의 필터로서, 하천정화시설의 유입구(210)의 상부에 설치되고, 상기 수위유지부재(110)의 후방 하부에 근접 설치되어 상기 제1스크린(130)으로부터 걸러내지 못한 부유물들을 걸러낸다.

이와 같은 구성요소를 포함하는 하천정화시설의 유입구 개폐장치(100)의 작 동을 살펴보면 다음과 같다.

도3에 나타낸 바와 같이, 하천수는 하천수가 흐르는 바닥면에 밀착된 수위유지부재(110)에 의해 수위유지부재(110)의 전방에서 저류되며, 하천수의 수위가 높아지게 되고, 이에 따라 상대적으로 유속이 감소함으로써 중력에 의한 입자상 이물질들이 유입구(210)로 유입되는 것을 방지하기 위한 수위유지시설(110)의 전방 하부로 침전되는 1차 필터링이 이루어진다.

상기 1차 필터링이 이루어진 하천수가 유입구(210)로 유입될 수 있도록 수위유지부재(110)의 최고점이 하천수의 수위보다 낮게 압력조절수단(170)에 의해 수위유지부재(110)의 부피 또는 높이가 조절되어 하천수가 수위유지부재(110)의 높이만큼 낙차를 가진 채 폭기되면서 흘러내려오게 되며, 제1스크린(130)이 하천수에서 침전되지 않고 남아있는 가벼운 부유물들을 걸러내는 2차 필터링이 이루어진다.

이때, 하천수가 상기 제1스크린(130)을 거쳐 수위유지부재(110)의 후방에 떨어질 시, 자연스럽게 폭기에 의한 하천수내의 용존산소량이 높아진다. 이렇게 높아진 용량의 용존산소는 하천정화시설에서 유기성 오염물의 산화 및 분해에 도움이 되어 생물학적 산소요구량(biochemical oxygen demand,BOD)이 10mg~15mg/L인 정도의 오염된 하천에서 추가적인 산소공급장치의 필요없이 하천수를 정화할 수 있게 된다.

상기 2차 필터링이 이루어진 하천수는 제1스크린(130)이 걸러내지 못한 작은 이물질이 걸러지도록 제1스크린(130)의 단위틀체보다 더 작은 단위틀체로 이루어진 제2스크린(140)을 통과하여 더 미세한 이물질들을 걸러내는 3차 필터링이 이루어진 다.

최종적으로, 상기 3차례의 필터링을 거친 하천수 일부는 하천정화시설 내부에 있는 접촉재의 공극을 막는 이물질들이 제거된 채로 상기 제2스크린(140)의 하부에 위치하는 하천정화시설의 유입구(210)로 유입되게 된다.

한편, 여름철 강우나 홍수시 하천의 유량이 증가하면, 수위감지수단(120)이 하천수의 수위를 감지하고, 그 감지된 신호는 압력조절수단(170)으로 보내져 압력조절수단(170)내에 있는 압력조절제어부에 의해 판단되고, 판단 결과 일정 수치 이상이면, 수위유지부재(110)내에 있는 공기를 공압호스(160)를 통해 수위유지부재(110)의 외부로 빼내어 도4에 나타낸 바와 같이, 수위유지부재(110)의 부피 또는 높이를 줄이며, 이와 동시에 하천수의 바닥면에 수위유지부재(110)가 밀착되면서 하천정화시설로 들어가는 유입구(210)를 폐쇄함으로써, 토사, 각종 퇴적물 및 부유물을 포함한 이물질들이 역간 접촉산화법에 의한 하천정화시설로 유입되는 것이 방지된다.

반대로, 하천의 유량이 감소되면, 상기와 같은 반대의 작동이 이루어져 수위유지부재(110)가 팽창됨으로써 원래의 형상으로 복귀되어 유입구(210)가 개방되고, 하천수가 유입구(210)에 유입되어 정화가 이루어지게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명은 수위유지부재가 유입구의 전방에 설치되어 하천수내의 무거운 퇴적물 및 침전물을 수위유지부재의 전방에 침전시킴으로써 하천의 1차저류화를 통해 이물질의 침전을 강화하고, 스크린에 의해 부유물을 걸러내어 하천정화시설의 유입구로 이물질이 유입되는 것을 방지하며, 하천정화시설의 유입구를 포함한 유입부로의 오염물 집중을 방지하는 효과가 있고, 홍수와 같이 하천수의 수위가 높아진 경우 이물질이 유입구로 유입되지 않게 유입구를 폐쇄하여 오염물에 의한 하천정화시설의 파손을 방지해 하천정화시설의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 간단한 구조의 유입구의 개폐장치로서 기존 하천정화시설의 복잡한 기계적 유압방식에 의한 유입구 개폐장치를 대체하여 설비비용을 줄일 수 있고, 낙차를 발생시키는 수위유지부재에 의한 하천수의 폭기로 하천정화시설에서 필요한 용존산소량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 하천수의 흐름방향에 대하여 댐을 형성하고, 팽창 및 수축이 가능한 수위유지부재;

   상기 수위유지부재 또는 수위유지부재 전방의 하천수내에 설치되어 하천수의 수위를 감지하는 수위감지수단; 및

   상기 수위유지부재 및 수위감지수단과 연결되어 상기 수위감지수단에 의해 감지된 신호에 따라 상기 수위유지부재의 부피 또는 높이를 조절하는 압력을 발생시키는 압력조절수단을 포함하여,

   하천수의 수위에 따라 상기 압력조절수단에 의해 상기 수위유지부재가 팽창 또는 수축됨으로써 상기 수위유지부재의 후방에 근접 설치된 유입구를 개폐하는

   하천정화시설의 유입구 개폐장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수위유지부재 및 하천수가 흐르는 바닥면에 고정되어 상기 수위유지부재를 지지하는 지지대를 더 포함하는

   하천정화시설의 유입구 개폐장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 수위유지부재의 상부에 설치되어 하천수의 부유물을 걸러내는 제1스크린을 더 포함하는

   하천정화시설의 유입구 개폐장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 유입구의 상부에 형성되고, 상기 수위유지부재의 후방에 근접 설치되어 상기 제1스크린으로부터 걸러내지 못한 부유물을 걸러내는 제2스크린을 더 포함하는

   하천정화시설의 유입구 개폐장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1 스크린 및 상기 제2 스크린은 각각 다수의 단위틀체들이 조합되어 이루어지는 필터이고,

   상기 제2 스크린의 단위틀체는 상기 제1 스크린의 단위틀체보다 작은

   하천정화시설의 유입구 개폐장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수위유지부재는 팽창 및 수축이 가능하도록 공기가 흐를 수 있는 공기 통로를 내부에 구비하는

   하천정화시설의 유입구 개폐장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 수위유지부재는 고무재질로 이루어지는

   하천정화시설의 유입구 개폐장치.

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