KR100803745B1

KR100803745B1 - 오염된 하천수를 정화시키는 방법

Info

Publication number: KR100803745B1
Application number: KR20060113727A
Authority: KR
Inventors: 한상관
Original assignee: 한상관
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-02-15
Also published as: KR20060126869A

Abstract

본 발명은 수문의 저수측 인접부위에 수문과의 사이 간격을 조절할 수 있는 사이펀작동판을 회전가능하게 구비하여 사이펀작동판과 수문 사이의 공간이 가변적인 사이펀 통로를 이루도록 함으로써 수문이 폐쇄되어 있는 상태에서도 유입수량만큼 저수공간의 하층수를 원활히 배출하여 오염된 하천을 정화하도록 한 오염된 하천수를 정화시키는 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 전도식 수문, 부상식 수문, 고무댐 등과 같은 각종 수문의 저수측 인접부위에 간격조절이 가능한 사이펀작동판을 구비하여 수문을 개방하지 않고도 유입수량, 유속, 저수위 등의 요인에 따라 저수공간의 하층수를 적정하게 배출해줄 수 있어 하천수에 포함된 오염된 물질들이 자연적으로 정화되도록 작용하는“물질 가속도 현상“과“물질 새치기 작용”과 “물질 보존 본능의 법칙”과 물질 뭉침 작용”과 “물질 결합작용“과 ”물질 거부작용”과 “물질 해탈작용“과 ”물질 분해작용”들이 자연적으로 발생되면서 오염된 하천수를 깨끗하게 정화시켜주는 작용을 발휘하기 때문에 오염된 하천수가 원천적으로 깨끗하게 정화되는 중대한 작용효과가 있는 것이다.

오염, 하천수, 정화, 수문, 사이펀작동판, 사이펀 통로, 고무댐

Description

오염된 하천수를 정화시키는 방법{Method to purify polluted river water}

도 1은 본 발명에 따른 하천수 정화용 수문의 폐쇄시 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 하천수 정화용 수문의 개방시 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 하천수 정화용 수문의 사이펀작동판 정면도.

도 4는 본 발명에 따른 하천수 정화용 수문의 사이펀작동판 작동상태 단면도.

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*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 지지구조체 10 : 수문 11 : 지지축

12 : 작동봉 20 : 작동실린더 30 : 사이펀작동판

31 : 회전축 32 : 사이펀 통로 36 : 유입구

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40 : 간격조절실린더

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본 발명은 오염된 하천수를 정화시키는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수문의 저수측 인접부위에 수문과의 사이 간격을 조절할 수 있는 사이펀작동판을 회전가능하게 구비하여 사이펀작동판과 수문 사이의 공간이 가변적인 사이펀 통로를 이루도록 함으로써 수문이 폐쇄되어 있는 상태에서도 유입수량만큼 저수공간의 하층수를 원활히 배출하여 오염된 하천수를 정화하도록 한 것이다.

주지하다시피, 하천 또는 저수지와 같은 저수공간으로는 여러 경로를 통해 물이 유입되므로 유입되는 물 중에 오염물질들이 다량 포함되어 있음은 자명하다. 따라서, 저수된 물을 정화하기 위해 여러 방법들이 제안되었던 바, 종래 사용되어 오던 수질정화방법들은 자갈 접촉 산화법, 역간 접촉식 산화법, 하수처리장 수질정화법, 염소 투입 정화법 등이 있으나 한결같이 많은 비용이 들고 비용에 비해 그 효과는 미미한 실정이었다.

이를 개선하기 위해 별도의 장치를 통해 수중에서 와류를 형성하여 오염물질을 부유시키고, 이를 걷어냄으로써 수질정화를 구현하도록 한 장치도 등장한 바 있으나, 이는 수질 개선을 위해 별도의 장치를 구비해야 하는 단점이 있음은 물론 그 수질정화영역이 매우 제한적이어서 보다 넓은 범위에서의 수질개선에 취약한 단점이 있었다.

또한, 본 출원인에 의해 창안되어 공지된 특허 공개번호 제 2001-0000343호의 "다단 저수장치를 이용한 자연적인 수질개선방법"의 경우 한개의 수문으로 구성되는 방식이기 때문에 폭기에 의한 자연적인 자정효과가 매우 낮은 결점이 있었으며, 이러한 결점으로 인해 수문의 내부에 가두어져 있는 물과 오염물질들이 결합하면서 발생시키는 물질 뭉침 작용과 물질 결합 작용에 의해 오염이 가중되면서 녹조 현상을 유발시킴으로 인하여 저장된 물을 더욱 더 악화시키는 중대한 결점이 있었다.

여기서, 본 발명의 기술적 가치를 높이기 위하여 본 발명에 적용되는 용어에 대하여 설명한다.

하천수에 함유된 오염된 수질들이 자연적으로 정화되거나 오염이 악화되는 “물질 가속도 현상“과“물질 새치기 작용”과“물질 보존 본능의 법칙”과 물질 뭉침 작용”과 “물질 결합작용“과 ”물질 거부작용”과 “물질 해탈작용“에 대하여 설명한다.

모든 물질은 그 물질이 지니고 있는 질량과 비중의 차이로 인하여 물속으로 유입되는 순간 그 물질들의 비중에 따라 포진하고 있는 위치가 물질별로 틀린 상태를 이루면서 즉 물질별로 각각의 다른 층을 이루면서 흐르게 된다.

이러한 작용에 의해 비중이 무거운 깨끗한 물들은 하천수의 하층부에 포진한 상태를 이루면서 흐르고, 비중이 가벼운 오염된 물들은 하천수의 상층부에 포진한 상태를 이루면서 흐르게 되는데, 흐르는 속도는 오염이 가중되어 있는 상층부의 하천수가 하층수 보다도 더 빨리 흐르고 있는 것이 현실이다, 이러한 작용이 발생하는 것은 물속에 함유되어 있는 오염물질의 양 즉 오염부하량이 높기 때문이다. 이러한 원리를 "물질 가속도 현상”이라고 정의한다.

하천에 흐르는 물들이 더욱더 오염이 가중되는 이유는 “물질 가속도현상” 과 “물질 뭉침 작용” 때문인데 자세히 설명하면 다음과 같은 현상 때문인 것이다. 지구와 태양계가 회전하면서 발생시키는 중력의 작용에 의해 비중이 가벼운 오염된 물들이 비중이 무거운 깨끗한 물들의 상층부에 포진한 상태를 유지하면서 하천의 하류 부분으로 흐르고 있을 때에 비중이 가벼운 오염된 물들은 수시로 유입되어 오는 또 다른 오염물질들과 결합하는 "물질 뭉침 작용"에 의해 오염이 악화 되게 됨으로 인하여 하천수의 오염은 더욱더 가중되게 되는 것이다.

다음은 물질 가속도 현상을 역으로 이용하게 되면 발생하게 되는 “물질 새 치기 작용”의 과정에 대하여 설명한다. 물질 새치기 작용과 물질 가속도 현상은 상호간에 밀접한 관계가 있다. 물질 새치기 작용이 이루어지는 과정은 오염된 하천수들이 수문의 하부를 통과하려고 할 때에 하천수를 이루고 있는 물들은 비중이 무거운 깨끗한 물들이 비중이 가벼운 오염된 물들을 상층부로 밀어 올려놓은 다음 비중이 가벼운 오염된 물들의 하층부를 통하여 먼저 빠져나가려고 하는 작용을 발휘하게 되는데 이러한 원리를 “물질 새치기 작용“ 이다. 라고 정의한다. 지구상에 존재하는 모든 물질들은 그 물질을 이루고 있는 물질속의 원자량과 분자량에 의해서 그 크기가 똑같다고 해도 그 부피 즉 비중이 틀리기 때문에 물속에 들어가면 그 물질들이 포진하고 있는 위치를 달리할 수밖에 없는 것이다.

다음은 모든 물질들은 그 물질의 본질(本質)적 성분을 본능적으로 보존하려고 하는 “물질 보존 본능의 법칙”과 이러한 작용에 의해서 발휘되는 “물질 뭉침작용”과 물질 밀림작용에 의해 발생 하는 “물질 해탈 작용“에 대해서 설명한다. 물은 물이 지니고 있는 구조적인 특성에 의해서 물 이외의 물질이 물속의 구조 속으로 침투하게 되면 본능적으로 그 침투물질을 받아들이면서 그 물질과 결합 하여 또 다른 물질을 만들어내는 특성이 있다. 본 발명에서는 이러한 작용을 “물질 뭉침 작용”이다, 라고 정의한다.

또한 물의 결정을 이루고 있는 순수 물 분자구조 속에 침투 해 있는 오염물질들을 털어 내어 순수 물분자를 만들기 위하여 물에 일정한 충격을 가해주게 되면 물의 순수 분자 구조 속에 함유되어 있는 오염물질들은 물분자 속에서 즉시 이탈해 나오는 작용을 “물질 해탈 작용“이다. 라고 정의한다. 즉 외부에서 가해지는 충 격의 힘에 의해 오염된 물이 깨끗해지는 작용을 ”물질 해탈 작용“이다. 라고 정의 한다. 상술한 바와 같이 물질 뭉침 작용이 발생되는 이유는 하천수를 가두어 두는 저수 시스템을 콘크리트보, 전도식 수문, 또는 고무댐과 같이 유입되는 하천수를 상단부로 배출하는 방식으로 저수장치를 구성하여주게 되면 이러한 작용에 의해 오염이 가중되게 되는 것이지만, 하천수를 하단부로 배출하는 수문 시스템을 설치하여 주게 되면 물질 새치기 작용과 물질밀림작용과 물질 해탈 작용이 자연적으로 이루어지면서 오염된 하천수가 자연적으로 정화 되게 되는 것이다. 대형의 댐들 또한 이러한 방식에 따라 댐을 구성하여 주게 되면 절대적으로 오염이 가중되지 않는 것이다. 또한 저수시스템의 하층 부분에 포진하고 있는 일부분의 하천수들 만을 배출 하도록 구성된 수문 시스템을 설치하면 오염이 가중되는 이유는 수문이 구성되어 있는 배출부 이외의 부분에 정체 되어 있는 비중이 가벼운 오염된 물들은 비중이 무거운 깨끗한 물들에게 밀리는 물질 밀림 작용에 의해 배출구 이외 부분으로 밀려나가면서 또 다른 오염물질들과 결합하는 물질 뭉침작용에 의해 오염이 더욱더 가중되게 되는 것이다. 물질 밀림작용과 물질 뭉침 작용에 의해 수문의 배출구 이외에 정체 되어 있는 비중이 가벼운 오염된 하천수는 절대적으로 하천의 하류로 이동하는 것 자체가 불가능한 상태에 놓이게 되면서 또 다른 물질들과 결합 하는 물질 결합 작용과 오염된 물질들 끼리 뭉치는 물질 뭉침 작용에 의해 오염이 더욱더 가중 되게 되는 것이다. 자세히는 고무댐의 하단부에 구성되는 일부의 배출구 또는 전도식 수문의 하층부분에 포진하고 있는 일부분의 하층수 만을 선택적으로 배출하도록 구성되는 사이펀 방식의 수문을 설치하게 되면 비중이 무거운 깨끗한 물들이 비중이 가벼운 물들을 밀어내고 먼저 빠져 나가는 물질 새치기 작용과 물질 밀림작용에 의해 비중이 가벼운 오염된 물들은 비중이 무거운 깨끗한 물들에게 밀리면서 수문의 내부에서 정체된 상태를 유지하고 있을 수밖에 없는 물질 밀림작용에 의해 하류부분으로 절대적으로 빠져 나가지 못하고 있는 상태에서 또다시 오염된 물질끼리 뭉치는 물질 뭉침 작용과 오염된 물질끼리 결합하여 또 다른 물질을 만들어내는 물질 결합작용에 의해 오염이 더욱더 가중 될 수밖에 없는 것이다. 이러한 작용들에 의해서 상단부로 유입수를 배출하는 방식의 수중보를 이용하여 물을 가두어 두게 되면 저수 시스템의 내부에 물을 가두어 두는 동안 오염 물질과 물분자의 물질들 끼리 뭉치면서 발생시키는 물질 뭉침 작용과 물질 결합 작용에 의해 오염이 오히려 가중되게 되는 중대한 문제점들이 있는 것이다.

다음은 본 연구를 통하여 알아낸 사실 중에 하나인 "물질보존 본능의 법칙'에 대하여 설명한다.

모든 물질들은 그 물질이 지니고 있는 구조적인 특성에 의해 그 물질만의 구조를 유지하려고 하는 자연적인 특성에 의해 그 물질이 지니고 있는 물질적인 구조 속에 다른 이물질이 침투하여 있으면 그 물질들을 거부하여 밀어내 버리거나 또는 그 물질 또는 오염물질들 속에서 이탈해 나오려고 하는 작용을 발휘하여 그 물질이 지니고 있는 순수한 구조들을 영구히 보존하려고 하는 작용을 본 발명에서는 "물질보존본능의 법칙"이다라고 정의한다.

다음은 "물질보존본능의 법칙"에 의해 발생하는 "물질 거부 작용"에 대하여 설명한다.

모든 물질은 물속에 들어가면 물속에 섞여 있는 물질들과 희석되게 되면서 물의 오염을 가중되게 하는 물질 뭉침 작용이 처음부터 발휘되는 게 아니라 순수 물분자의 구조들이 오염물질을 거부하는 물질 거부 작용에 의해 곧바로 결합되지 못하고 즉 물질과 물질이 뭉치는 뭉침 작용을 거부하고 있다가 일정시간이 지나면서 외부에서 가해지는 분해 작용에 의해 즉 용존산소와 태양열과 미생물과 삼투압작용등과 같은 자연적인 반응에 의해 오염물질들이 서서히 물분자들과 결합하면서 오염물질로 변형되게 되는 것이다. 이 물질들이 또다시 자연적으로 분해되면서 발생시키는 미립자들이 또다시 또다른 물질들과 결합되면서 물의 오염이 가중되는 것이다,이것이 활발히 이루어지면서 발생시키는 것이 바로 육지의 녹조 현상과 바다에서 발생되는 적조현상인 것이다.태형동물이라고 칭하는 물질은 유기물질과 무기물질들과 뭉치면서 발생시키는 부산물인 것이다.

다음은 물질 분해 작용과 물질 결합 작용과 물질 부상 작용에 대하여 설명한다. 물의 순수 분자들은 순수 물 분자를 유지하고 있으려는 "물질 보존본능의 법칙"에 의해 물질 거부작용이 발생 되면서 또 다른 물질들과 결합하지 않으려고 반응하다가 오염물질들의 강한 점성력에 의해 어쩔 수 없이 다른 물 분자들과 결합하는 물질결합작용에 의해 결합 됨과 동시에 비중이 무거워지면서 하천의 바닥 층에 가라 앉아 있는 상태에서 자연적으로 발생하는 자연적 분해 작용에 의해 그 물질들이 분해되면서 미세한 미립자들을 발생시키게 되는데 미립자로 구성되는 물 분자와 상류에서 밀려오는 오염물질의 일부 물질들과 물질 결합 작용이 이루어지는 반복적인 작용이 발생하게 되는 것이다.

물 분자속에 함유되어 있는 오염물질들은 자연분해되는 자정작용에 의해 미립자로 변하여서 또 다시 저수 층의 상층부로 이동하는 반복적 물질 부상 작용을 발휘하면서 또다시 또 다른 오염물질들과 재차 결합하는 물질 결합 작용에 의해 결합 된 물 분자들은 결합과 동시에 비중이 무거워지면서 저수 층의 바닥에 가라앉게 되는 반복적 작용이 이루어지면서 하천수의 오염을 가중시키게 되는 작용이 바로 "물질 분해 작용"과 "물질 결합 작용"과 "물질 부상 작용"인 것이다.

다음은 본 연구를 통하여 알아낸 "물질 분해 작용"과 "물질 결합작용"에 대하여 정의한다.

모든 물질들은 물보다도 가볍거나 비중이 무겁더라도 물속에 들어가는 순간 지구의 중력과 물의 수압에 의해 발생하는 압력에 의해 물 분자의 뾰쪽한 부분들이 물질들과 접촉이 이루어지면서 서서히 마모가 이루어진다, 이때에 산소의 작용이 없이도 물질들이 자연 분해되기 시작한다, 이때에 분해된 물질들의 미립자들은 미립자 속에 함유되어 있는 점성력 즉 자력과 또 다른 물질에서 분해된 미립자들 속에 함유되어 있는 점성력과 자력에 의해 물질들과 물질들 간에 물질 결합이 이루어지는데 이것이 바로 "물질 결합작용"인 것이다. 물질들이 분해되면서 발생시키는 미립자들이 "점성력"과 "자력"을 자연적으로 가지게 되는 이유는 물 분자들이 물질의 표면을 수억 번에 걸쳐서 이동하면서 마모 시키는 과정에서 표면 장력이 자연적으로 발생하기 때문에 점성력과 자력을 지니게 되는 것이다.

이러한 과정을 통하여 발생시키는 물질 결합 작용에 의해 탄생 되는 새로운 물질들은 물의 비중보다도 무거워 지기 때문에 다른 물질들과 결합되는 물질 결합 작용이 이루어짐과 동시에 저수 시스템의 하층부분에 침전되면서 퇴적오니로 변하는 것이다.

이때에 발생되는 퇴적오니들 속에 함유되어 있는 물질들은 또다시 자연분해되는 물질분해 작용이 자연적으로 발생되는 과정을 통하여 엄청나게 많은 양의 미립자들을 발생시키게 되는 것이다,이때에 발생 된 미립자들은 또다시 다른 물질들과 결합되는 물질 결합 작용이 연속적으로 발생하게 되는 과정이 반복적으로 이루어지면서 퇴적오니들의 생성되는 것이다, 이러한 순환 과정이 연속적으로 이루어지면서 발생시키는 물질 결합 작용에 의해 생성되는 퇴적오니들로 인하여 녹조현상과 적조 현상이 발생하는 것이다. 철이 녹슬면서 발생시키는 시뻘건 녹물들이 바로 물 분자들에 의해 분해된 물질의 미립자들이며 이러한 미립자들이 또 다른 미립자들과 결합하면서 또 다른 물질들을 만들어 내는 것이다.

물속에 함유되어 있는 유기물질들과 무기물질들과 인과 질소들이 중력의 작용과 산소의 분해 작용과 미생물의 분해 작용과 태양열의 분해작용과 물 분자들의 마찰에 의해 오염물질들이 자연적으로 분해되는 과정을 통하여 물속에 함유되어 있는 모든 물질들이 미세한 미립자들로 변하는 순환과정을 통하여 또다시 또 다른 미립자들과 결합하는 물질 결합 작용이 이루어지면서 물의 비중보다도 더 무거운 미립자로 변하게 되면서 저수 시스템의 하층부에 적층되는 것이 바로 퇴적오니인 것이다.

그러나 고무댐 또는 수문에 구성되는 싸이폰 통로를 이용하여 물이 저수되어 있는 하층수 만을 뽑아내어 배출하여 주거나 하층부를 통하여 상류에서 흘러 내려 오는 물을 배출하여 주게 되면 물질 새치기 작용과 비중의 법칙에 따라 분류되는 층류 작용에 의해 물질이 지니고 있는 고유 질량에 따라 저수시스템의 내부에 포진하고 있는 위치가 틀리기 때문에 물질 결합 작용이 이루어 지지 않으므로 인하여 오염이 가중되지 아니하고 오히려 오염된 수질이 자연적으로 정화되는 정화 작용이 이루어 지게 되는 것이다.

이때에 유의해야 할 것은 하천의 전 단면 전폭에 걸쳐서 고무댐식 배출시스템 또는 부상식 또는 전도식 수문을 설치하여 주어야 한다.

그 이유는 비중이 무거운 깨끗한 물들이 비중이 가벼운 오염된 물들을 밀어 놓고 먼저 빠져나가는 물질 새치기 작용에 의해 사이폰 통로가 구성되어 있지 않은 부분에서는 오히려 물의 오염이 가중되기 때문이다.

따라서,물을 일정한 장소에 오랜시간 가두어두게 되면 물질분해작용과 물질 결합작용에 의해 오염이 더욱더 가중되므로 저수공간을 이루는 고무댐의 하단부 또는 고무댐과 결합되는 싸이폰 통로를 통하여 또는 수문에 구성되는 싸이폰 또는 수문의 하단부를 통해 수시로 유입되는 유입수만을 방류하는 방법을 이용하게 되면 하천수의 오염을 방지하면서 오히려 오염된 물들을 정화 할 수 있는 가장 좋은 방법이며, 또한 저수공간의 물을 방류함에 있어 수문의 하단부로 배출하여 물질결합작용에 의해 뭉쳐진 퇴적오니와 같은 오염물질을 배출하면서 물질 가속도 현상, 물질 새치기 현상, 물질 분해 작용, 물질 부상 작용 등의 원리에 의해 물을 정화시키는 방법과 함께 수문에 구성되는 싸이폰을 통하여 저수되어 있는 하층수만을 배출하여 물의 상부에 부유하는 비중이 가벼운 오염된 물질들이 자연적으로 정화하도록 함이 가장 바람직한 것이다.

일반적인 수문의 경우 수문의 지지축이 지지구조체의 하부측에 위치되어 수위에 따라 전도되면서 저수된 물을 수문의 상부로 배출해주는 전도식 수문의 경우 수문의 상부로 물을 배출하는 구조이므로 수문이 완전히 전도되기 전에는 저수공간 하층부에 쌓이는 퇴적오니와 같은 이물질을 배출해주지 못하는 구조적인 한계가 있는 것이었고, 수문의 지지축이 지지구조체의 상부에 위치되어 저수된 물을 수문의 하부로 배출해주는 부상식 수문의 경우에는 수문의 하부로만 물을 배출해주는 구조이므로 저수공간의 하층수를 배출해주는 이점은 있으나 저수공간 상층부에 부유하는 이물질을 배출해주지 못하여 물질 뭉침작용에 의한 2차 오염물질 발생의 문제가 있는 것임은 물론 홍수와 같이 급격하게 물이 증가하여 나뭇가지와 같은 큰 이물질이 같이 떠내려오게 될 때 이러한 큰 이물질에 의해 수문이 파손될 염려도 있는 것이었다.

이를 개선하기 위해 본 출원인은 등록실용신안 제 320510 호 등에서 수문을 개방하지 않고도 사이펀 원리에 의해 저수공간 저부의 퇴적오니를 포함한 물을 수문의 외부로 배출시킬 수 있도록 함으로써 수질오염을 방지할 수 있는 자동보 수문을 개시한 바 있다.

그러나, 상기한 등록실용신안 제 320510 호를 비롯한 본 출원인이 출원 또는 등록한 여러 특허사건들에서 개시된 사이펀 통로를 갖는 수문은 공히 사이펀의 원리를 이용하여 저수공간 하부측의 물을 배출하면서 퇴적오니와 같은 이물질을 같이 배출해주도록 한 것이지만 대부분 사이펀 통로의 폭이 고정되어 있고, 유입수량 또 는 수압의 정도에 맞게 사이펀 통로를 개폐시킬 수 있는 개폐문 정도만 구비되어 있는 것이므로 유입수량이 급격히 증가하는 경우 저수공간 하부측의 물을 빠른 시간내에 배출하기는 불가능하였으며, 특히 홍수와 같이 많은 유입수량과 큰 수압이 발생되는 경우 사이펀 통로를 통해 물이 빠져나가면서 수문을 파손시킬 수도 있는 것이었다.

또한, 고무댐의 후방에 수문을 구성 한 후 그 일부분에 싸이폰을 구성하여 이곳을 통하여 유입수를 배출하거나 또는 물을 가두었다가 고무댐에 주입되었던 공기를 배출하면 고무댐의 공기가 빠짐과 동시에 고무댐의 후방에 설치되어 있는 수문도 동시에 전도되는 방식의 수문이 있는데 이 방식의 고무댐의 경우 고무댐의 내부에 물을 가두어두는 동안에는 싸이폰 배출 통로 이외의 부분으로 비중이 가벼운 물들이 비중이 무거운 물들에게 밀려나가는 물질 밀림작용과 물질 새치기 작용에 의해 오히려 오염이 가중되는 중대한 문제점이 있다,고무댐과 결합 되는 수문은 이러한 결점에 의해 저수공간 하부 측의 물을 완전히 배출해주지 못하는 단점으로 인하여 오히려 물의 오염을 가중하게 되는 중대한 결점이 있는 것이다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 수문의 저수측 인접부위에 수문과의 사이 간격을 인위적 또는 자연적으로 조절할 수 있는 사이펀작동판을 회전가능하게 구비하여 수문과 사이펀작동판의 사이 공간이 사이펀 통로를 이루도록 함으로써 수문을 개방하지 않고도 저수공간의 하층수를 유입수량만큼 배출할 수 있어 오염된 하천수를 정화할 수 있음은 물론 유입수량의 유입수량, 유입속도, 수압 등에 따라 그 배출수량을 미세하게 조정할 수 있어 저수위를 안정적으로 유지시킴과 동시에 수문을 안전하게 보호할 수 있는 오염된 하천수를 정화시키는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이하, 본 발명을 제시되는 실시예와 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 하천수 정화용 수문의 폐쇄시 단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 하천수 정화용 수문의 개방시 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 하천수 정화용 수문의 사이펀작동판 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 하천수 정화용 수문의 사이펀작동판 작동상태 단면도이다.

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도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하천수 정화용 수문은, 양측의 지지구조체(1)의 사이에 수로가 형성되고, 수로를 개폐할 수 있도록 수문(10)의 하부 양측에 형성된 지지축(11)이 각 지지구조체(1)의 사이에 회전가능하게 설치되어 저수공간측의 수량 또는 수압에 따라 개폐동작하면서 물을 배출하거나 가두어두도록 구성된다.

또한, 수문(10)의 폐쇄시 수문(10)이 저수측을 향해 기울어지도록 위치시키고, 수문(10)의 지지축(11)으로부터 저수측을 향해 작동봉(12)을 인출하며, 지지구조체(1)의 배출측 바닥부에는 작동실린더(20)를 회전가능하게 고정하고, 작동실린 더(20)의 피스톤로드(21) 선단부와 작동봉(12)을 회전가능하게 고정하여 수문(10)이 적어도 90°이상의 각도로 회전되면서 수로를 개폐하도록 구성한다.

또한, 하부에 유입구(36)가 형성되어 있는 사이펀작동판(30)을 수문(10)의 저수측 인접부위에 수문(10)과 전체적으로 소정간격 이격되게 위치시켜 그 하단부 양측의 각 회전축(31)을 각 지지구조체(1)에 회전가능하게 고정하고, 수문(10)의 상부 일측과 사이펀작동판(30)의 사이에는 간격조절실린더(40)를 연결하여 수문(10)과 사이펀작동판(30) 사이의 공간을 통해 형성되는 사이펀 통로(32)의 간격을 조절할 수 있도록 구성한다.

이때, 사이펀작동판(30)의 하단부는 수문(10)의 하단부보다 수문(10)의 두께에 해당하는 높이만큼 높은 곳에 위치되어 수문(10)의 전도시 수문(10)과 사이펀작동판(30)이 밀착될 수 있게 구성한다.

이와 같이 구성된 상태에서 유입 수량이 많지 않을 경우에는 작동실린더(20)를 최대한 신장시켜 작동봉(12)을 밀어줌으로써 수문(10)을 최대한 회전시켜 수로를 폐쇄하게 되며, 이때의 수문(10)은 저수측을 향해 그 상부가 기울어지는 형상을 이룸과 동시에 수문(10)의 저수측 인접부위에 설치되어 있는 사이펀작동판(30)과 일정한 간격을 유지한 상태가 되며, 이러한 상태에서 저수공간에 물이 지속적으로 차오르게 된다.

수문(10)이 폐쇄되어 있는 상태에서 저수공간에 물이 차오르다가 그 수위가 상기 폐쇄되어 있는 수문(10)의 상단부를 넘어서면 이때부터는 수압에 의해 유입수량만큼 물이 수문(10)과 사이펀작동판(30) 사이의 공간을 통해 형성되는 사이펀 통 로(32)를 통해 배출되는데, 사이펀 통로(32)의 유입구(36)는 수문(10)의 저수측 하부에 위치되어 있으므로 저수공간의 하층수가 이러한 사이펀 통로(32)의 유입구(36)를 통해 유입되어 사이펀 통로(32)를 통해 배출되면서 이러한 과정에서 물질 뭉침 작용에 의해 하천의 바닥에 퇴적되어 있던 퇴적오니와 같은 이물질이 하천수와 같이 빠져나가게 되어 물질 가속도 작용, 물질 새치기 현상, 물질 해탈 작용, 물질 부상 작용이 발생되어 수질이 정화될 수 있는 것이다.

그런데, 하천은 항상 일정한 속도로 물이 유입되는 것이 아니고 여러가지 요인에 의해 유입수량이 급격하게 증가할 수도 있으며, 이럴 경우 저수위를 빠른 시간내에 안정적으로 유지해주기 위해서는 유입수의 유입속도에 맞게 빠른 속도로 물을 배출해주어야 한다.

물론, 유입수량이 빠른 속도로 증가될 경우 수문(10)을 개방하면 되지만 수문(10)을 개폐하는 데에는 많은 전력이 소모되므로 수문(10)을 개폐하지 않고 사이펀 통로(32)를 통해 유입수량에 해당하는 만큼 배출해줄 수 있으면 수문(10)의 개폐에 필요한 소비전력을 절감할 수 있으면서 저수위를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

이를 위해 본 발명에서는 수문(10)의 저수측 인접부위에 수문(10)과 전체적으로 소정간격 이격되게 사이펀작동판(30)을 위치시켜 그 하단부 양측의 각 회전축(31)을 각 지지구조체(1)에 회전가능하게 고정하고, 수문(10)의 상부 일측과 사이펀작동판(30)의 사이에는 간격조절실린더(40)를 연결하여 구성한 것으로, 유입수량이 많지 않을 경우에는 간격조절실린더(40)를 수축시켜 사이펀작동판(30)을 수문(10)과 가까이 위치시킴으로써 사이펀 통로(32)를 좁게 구성하더라도 유입수량만큼 사이펀 통로(32)를 통해 배출해줄 수 있고, 유입수량이 증가될 경우 간격조절실린더(40)를 신장시켜 사이펀작동판(30)을 수문(10)으로부터 멀리 위치시킴으로써 사이펀 통로(32)를 크게 형성하게 되면 유입수량이 급격히 증가하더라도 그에 해당하는 만큼 많은 량을 배출해줄 수 있어 수문(10)을 개폐하지 않고도 저수위를 안정적으로 유지해줄 수 있는 것이다.

그리고, 홍수와 같이 수량이 매우 많고 수압이 매우 커지는 경우에는 지지구조체(1)와 수문(10)에 엄청난 수압이 가해지게 됨은 물론 물이 지지구조체(1)를 범람할 수 있으므로 이런 경우에는 작동실린더(20)를 최대한 수축시켜 작동봉(12)을 당겨줌으로써 수문(10)을 수로의 바닥부로 완전히 전도시켜 개방하게 되며, 사이펀작동판(30)의 하단부는 수문(10)의 하단부보다 수문(10)의 두께에 해당하는 높이만큼 높은 곳에 위치되어 있으므로 수문(10)의 전도시 간격조절실린더(40) 역시 최대한 수축시켜 사이펀작동판(30)을 수문(10)과 밀착시켜줄 수 있으며, 따라서 물과 함께 떠내려오는 이물질에 의해 수문(10) 또는 사이펀작동판(30)이 손상되는 것을 방지해주게 된다.

이때, 도면상에 상세히 도시하지는 않았지만 저수공간의 일측에 센서를 설치하고, 센서를 통해 감지되는 유입수량, 저수위, 유속 등의 데이터를 처리하는 종합컨트롤 시스템과, 종합 컨트롤 시스템으로부터 하달되는 명령에 따라 수문(10)을 구동하는 동력수단 또는 수문(10)과 사이펀작동판(30)의 사이 간격을 조절해주는 수단을 구동하는 유압시스템을 구비함으로써 센서, 종합컨트롤시스템, 유압시스템 에 의해 자동으로 수문(10)을 개폐하거나, 사이펀작동판(30)과 수문(10) 사이의 간격을 조절해줄 수 있으며, 관리자가 직접 수동으로 컨트롤하여 수문(10)을 개폐하거나 사이펀작동판(30)과 수문(10) 사이의 간격을 조절해줄 수도 있음은 자명하다.

한편, 동절기에는 외기와 직접 접촉되는 하천의 상층수부터 결빙되고, 점차 하방향으로 결빙이 진행되며, 얼음은 물에 비해 그 부피가 7% 정도 크게 되므로 결빙이 이루어지면 결빙되지 않은 하방향과 양측방향으로 늘어나는 부피에 해당하는 만큼 더 밀어내면서 자리를 차지하게 되는데, 일반적인 전도식 수문의 경우 그 상부가 배출측을 향해 기울어져 있어 저수공간에서는 수문(10)의 하방향으로 갈수록 단면적이 좁아지게 되므로 동절기 저수공간의 물이 상부측부터 하방향으로 점차 결빙이 이루어지면서 늘어나는 부피에 해당하는 만큼 하방향 및 양측방향으로 밀어낼 때 그 힘에 의해 수문이 파손되는 문제가 있다.

이를 감안하여 본 발명에서는 수문(10)이 저수측을 향해 기울어지도록 위치시키고, 수문(10)의 지지축(11)으로부터 저수측을 향해 작동봉(12)을 인출하며, 지지구조체(1)의 배출측 바닥부에는 작동실린더(20)를 회전가능하게 고정하고, 작동실린더(20)의 피스톤로드(21) 선단부와 작동봉(12)을 회전가능하게 고정하여 구성한 것으로, 수문(10)의 회전각도가 적어도 90°이상이 되므로 수문(10)의 개폐동작은 원활하게 이루어질 수 있고, 수문(10)이 저수측을 향해 기울어져 있어 저수공간에서볼 때 수문(10)의 하방향으로 갈수록 그 단면적이 증가되므로 동절기 결빙이 저수공간 상층부에서부터 시작하여 서서히 하층으로 진행되면서 얼음과 물의 부피차이에 해당하는 만큼 얼음에 의해 하천의 양측방 및 하방으로 밀리더라도 단면적이 증가되는 만큼의 여유가 있어 얼음이 수문(10)에 직접적인 압력을 가하지 못하게 되며, 따라서 동절기에도 수문(10)을 안전하게 보호해줄 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명에서는 사이펀작동판(30)과 수문(10) 사이의 간격을 조절하기 위하여 간격조절실린더(40)를 사용하는 것을 예시하였으나 이러한 실린더방식 이외에도 스크류, 랙-피니언, 크랭크, 케이블 견인 장치 등에 의해서도 사이펀작동판(30)과 수문(10) 사이의 간격을 조절해줄 수 있으므로 이러한 변형된 실시예 역시 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.

또한, 사이펀작동판(30)은 금속, 합성수지, 목재 등 어떠한 재질로든 구성할 수 있으며, 사이펀작동판(30)의 내부에 중량물을 부가하거나 중공상태로 만든 것 등 하천의 형태에 따라 다양한 형상으로 구성할 수 있으므로 이러한 변형된 실시예 역시 본 발명의 권리범위에 속함은 당연한 것이다.

또한 본 발명에 따른 구성을 하천에 다단계로 설치하는 방법을 이용하여 오염된 수질을 정화시켜 주는 방법 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

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이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 각종 수문의 저수측 인접부위에 간격조절이 가능한 사이펀작동판을 구비하여 수문을 개방하지 않고도 유입수량, 유속, 저수위 등의 요인에 따라 저수공간의 하층수를 적정하게 배출해줄 수 있어 하천수에 포함된 오염된 물질들이 자연적으로 정화되도록 작용하는“물질 가속도 현상“과“물질 새치기 작용”과 “물질 보존 본능의 법칙”과 물질 뭉침 작용”과 “물질 결합작용“과 ”물질 거부작용”과 “물질 해탈작용“과 ”물질 분해작용”들이 자연적으로 발생되면서 오염된 하천수를 깨끗하게 정화시켜주는 작용을 발휘하기 때문에 오염된 하천수가 원천적으로 깨끗하게 정화되는 중대한 작용효과가 있는 것이다.

즉 오염된 물이 저수공간에 머무르는 동안 자연적으로 정화됨은 물론이려니와 오염물질끼리 뭉쳐지면서 발생하는 물질뭉침 현상을 원천적으로 차단할 수 있음으로 인하여 새로운 오염물질을 생성하는 2차 오염을 방지하여주는 작용효과와, 물이 배출되면서 낙차에 의해 폭기가 일어나게 되어 물 자체의 자연 정화작용과 함께 폭기에 의한 이물질 부유를 통해 보다 적극적인 수질정화를 구현할 수 있게 되며, 이러한 구조로 구성되는 수문들이 경사진 부위에 다단으로 설치되는 경우에는 물이 각 단계를 거치면서 보다 확실하게 자연 정화될 수 있는 것이다.

따라서, 이러한 시스템을 적용하게 되면 대형 하천의 경우에도 적은 비용을 들여서 손쉽게 오염된 하천수를 정화시킬 수 있으며, 자연에 의해 자연적으로 발생되는 자연정화 시스템을 이용하기 때문에 완전무결한 깨끗한 하천수를 만들어 낼 수 있고, 염소와 불소와 같은 화학 약품을 사용하지 않고서도 깨끗한 물을 만들어 낼 수 있는 작용효과가 있는 것이다. 대형 댐에 적용되는 경우 댐 내부에서의 퇴적오니의 발생을 줄일 수 있고, 상기와 같은 작용들로 인하여 발생되는 녹조현상들을 원천적으로 방지할 수 있는 중대한 작용효과가 있는 것이다.

또한, 육지의 하천에서 발생되는 오염된 하천수들이 바다로 흘러 들어가면서 발생시키는 적조 현상을 원천적으로 차단시켜주는 중대한 작용효과가 있다.

또한 아무리 많은 물을 가두어 두어도 저장된 물이 썩지 않기 때문에 대용량의 물을 가두어 둘 수가 있을 뿐만 아니라 물을 가두어 둠으로 인하여 발생되는 모세관 현상에 의해 하천 인근의 산과 들에는 수분의 함유량이 높은 상태의 토질의 상태를 유지하고 있음으로 인하여 산에서 자라나는 나무들의 성장을 촉진하여 주는 중대한 작용효과가 있으며 이러한 작용에 의해 가뭄에 따른 토지의 사막화를 막아주는 작용이 이루어지면서 사막을 옥토로 바꾸어주는 중대한 작용효과가 있다.

Claims

양측의 지지구조체(1)의 사이에 수로가 형성되고, 상기 수로를 개폐할 수 있도록 수문(10)의 하부 양측에 형성된 지지축(11)이 상기 각 지지구조체(1)의 사이에 회전가능하게 설치되어 저수공간측의 수량 또는 수압에 따라 개폐동작하면서 물을 배출하거나 가두어두는 하천수 정화용 수문에 있어서,

상기 하천의 전 단면 전폭에 걸쳐서 몇 개로 나누어 구성되는 수문(10)의 폐쇄시 상기 수문(10)이 전체적으로 저수측을 향해 기울어지도록 위치시키고, 상기 수문(10)의 지지축(11)으로부터 저수측을 향해 작동봉(12)을 인출하며, 상기 지지구조체(1)의 배출측 바닥부에는 작동실린더(20)를 회전가능하게 고정하고, 상기 작동실린더(20)의 피스톤로드(21) 선단부와 상기 작동봉(12)을 회전가능하게 고정하여 상기 수문(10)이 적어도 90°이상의 각도로 회전되면서 상기 수로를 개폐하도록 구성하며;

하부에 유입구(36)가 형성되어 있는 사이펀작동판(30)을 상기 수문(10)의 저수측 인접부위에 위치시켜 그 하단부 양측의 각 회전축(31)을 상기 각 지지구조체(1)에 회전가능하게 고정하고, 상기 수문(10)의 상부 일측과 상기 사이펀작동판(30)의 사이에는 간격조절실린더(40)를 연결하여 상기 수문(10)과 상기 사이펀작동판(30) 사이의 공간을 통해 형성되는 사이펀 통로(32)의 간격을 조절하는 방법을 이용하여 비중이 가벼운 물은 밀어 놓고 비중이 무거운 깨끗한 물만을 우선적으로 배출하는 방법을 이용하여 오염된 하천수를 정화시키는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 사이펀작동판(30)의 하단부는 상기 수문(10)의 하단부보다 상기 수문(10)의 두께에 해당하는 높이만큼 높은 곳에 위치되어 상기 수문(10)의 전도시 상기 수문(10)과 상기 사이펀작동판(30)이 밀착될 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 오염된 하천수를 정화시키는 방법.
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