KR100987095B1 - Equipment for Purifying of River water quality using Soil and Method of Purifying River water quality using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하상 충적층 및 하안 토양층을 이용한 하천의 수질정화 장치 및 이를 이용한 하천의 수질정화 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 하천의 수질정화장치는 하천수 분배부 및 처리수 회수부를 포함하고, 하천수 분배부는 하천수를 양수하는 펌프; 양수된 하천수를 이송하는 제1 도수관; 및 이송된 하천수를 하안 토양층으로 균등하게 공급하는 복수의 출수대를 포함한다. 처리수 회수부는, 하상의 충적층 내에 매설되어 충적층에 의해 정화된 처리수를 집수하는 제1 수평집수관; 하안 토양층 내에 매설되어 하안 토양층을 통해 정화된 처리수를 집수하는 제2 수평집수관; 및 제1 및 제2 수평집수관으로부터 집수된 처리수를 저장하는 수직 집수정을 포함한다. 본 발명에 의하면, 하천의 처리용량을 증가시킬 수 있으며, 하상 충적층 및 하안 토양층을 이용하여 하천수 내에 포함되어 있는 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 하천수의 토양 내 체류시간을 단축하여 철과 망간의 용출을 최소화할 수 있다.The present invention provides a device for water quality purification of rivers using riverbed alluvial and riverbed soil layers, and a method for water quality purification of rivers using the same. The water purification apparatus of the stream according to the present invention includes a stream water distribution unit and a treated water recovery unit, and the river water distribution unit includes a pump for pumping the river water; A first conduit for conveying pumped river water; And a plurality of outlets for equally supplying the transferred river water to the riverbed soil layer. The treated water recovery unit may include: a first horizontal collecting pipe which collects the treated water embedded in the lower bed alluvial bed and purified by the alluvial bed; A second horizontal collection pipe embedded in the riverbed soil layer to collect purified water through the riverbed soil layer; And a vertical sump collecting the treated water collected from the first and second horizontal sump tubes. According to the present invention, it is possible to increase the treatment capacity of the river, it is possible to effectively remove the contaminants contained in the river water by using the bed alluvial layer and riverbed soil layer. In addition, it is possible to minimize the elution of iron and manganese by shortening the residence time of the river water.
하상여과, 하상 충적층, 하안 토양층, 하천 수질정화 Riverbed filtration, riverbed alluvium, riverbed soil layer, river water purification
Description
본 발명은 토양을 이용한 하천의 수질정화 장치 및 이를 이용한 하천의 수질정화 방법에 관한 것으로, 상세하게는 하천 바닥의 충적층을 통한 여과와 하천변의 토양층을 통한 여과를 이용한 하천의 수질정화 장치 및 이를 이용한 하천의 수질정화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water purification apparatus of a river using soil and a water purification method of the river using the same, and more particularly, to a water purification apparatus of a river using filtration through an alluvial bed at the bottom of the river and a filtration through the soil layer of the stream side. It relates to a water purification method of rivers.
기존 이·치수 중심의 하천정비로 인한 하천 직강화와 조경 중심의 하천 복원사업으로 인한 하천환경 훼손은 하천 유수의 체류시간 감소 및 자정능력 상실을 초래하였다. 더구나 하천 전체 수량에 대한 수질개선에 있어서 기존의 수처리 공법을 적용하는 것은 경제성 측면에서 현실적이지 못하다. 따라서 하천의 자연적 정화 능력을 회복함으로써 자체적으로 깨끗한 수질을 유지할 수 있도록 하는 자연친화적 수질정화 기술에 대한 요구가 점차적으로 증가하고 있다. The river environment strengthened by the existing river-centered river maintenance and landscaping-centered river restoration project resulted in the reduction of residence time and the loss of self-cleaning capacity. In addition, it is not practical to apply the existing water treatment method to improve the water quality of the entire stream. Therefore, the demand for a natural water purification technology that can maintain the clean water quality on its own by restoring the natural purification capacity of the river is gradually increasing.
이러한 배경으로 적용된 접촉산화시설, 인공습지, 인공식물섬 등을 이용한 수질정화 기술들은 홍수시 그 기능을 지속적으로 유지할 수 없거나 시설 자체가 붕 괴되는 한계점이 있다. 이는 상기 기술들이 하천만을 고려한 1차원적인 기술이라는 한계에 기인하며 이를 극복하기 위해서는 지표수, 지하수, 토지를 포함한 유역 공간을 고려할 수 있는 자연친화적 수질정화 방법이 필요하다. Water purification technologies using contact oxidation facilities, artificial wetlands, and artificial plant islands applied against this background have limitations in that they cannot sustain their functions during flooding or collapse of the facility itself. This is due to the limitation of the one-dimensional technology considering the river only, and to overcome this, a natural water purification method that can consider the watershed space including surface water, groundwater, land.
이러한 관점에서 하상여과에 의한 하천의 수질개선 방법 (한국특허 제 10-0291223호)은 하상의 충적층을 이용하여 여과 및 토양 미생물의 생물학적 정화작용에 의해 하천수 중의 유기물 및 질소 등을 제거하는 방법으로 하천, 지하수 및 수변공간까지 고려하는 환경 친화적인 수질정화 방법으로서 그 수요가 증가하고 있다. 하지만 상기의 방법은 그 처리 용량이 하상의 충적층의 투수계수에 절대적으로 의존하기 때문에 투수능이 좋지 않은 하상에서는 처리용량 확보를 위해 수평 집수관의 개수를 늘려야 하고 장기 운전을 통한 하상의 폐색(Clogging)시에는 운전의 유지가 어려운 단점을 가지고 있다. In this regard, the method of improving the water quality of rivers by river filtration (Korean Patent No. 10-0291223) is a method of removing organic matter and nitrogen in river waters by filtration and biological purification of soil microorganisms by using an alluvial bed of river bed. The demand is increasing as an environmentally friendly water purification method that takes into account water, groundwater and waterside space. However, since the treatment capacity is absolutely dependent on the permeability coefficient of the alluvial bed of the bed, it is necessary to increase the number of horizontal collection pipes in order to secure the capacity in the case of poor permeability, and to block the bed by long-term operation. ) Has the disadvantage of difficult to maintain driving.
또한, 토양 내 함수율이 포화상태로 장기 유지될 때는 용존 산소, 질산성 질소 등이 부재한 상태인 환원 환경으로 전환하는데, 이러한 환원 환경에서는 토양 내에 존재하는 철, 망간 등이 용출되어 적수, 흑수 등 처리수에 색도를 유발하는 문제점이 있다. In addition, when the moisture content in the soil is maintained in a saturated state for a long time, it is converted into a reducing environment in which dissolved oxygen and nitrate nitrogen are not present. There is a problem of causing chromaticity in the treated water.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 하상의 투수계수에 제한 받지 않으며, 하천수 내 포함되어 있는 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있고, 하천수의 처리용량을 증가시킬 수 있는 토양을 이용한 하천의 대용량 수질정화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, is not limited to the permeability coefficient of the riverbed, can effectively remove the contaminants contained in the river water, using a soil that can increase the treatment capacity of the river water Its purpose is to provide a large capacity water purification device for rivers.
또한 본 발명은 상기한 수질정화 장치를 이용한 하천수의 수질정화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide a water purification method of river water using the above water purification device.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토양을 이용한 하천의 수질정화 장치는 하천수 분배부와 처리수 회수부를 포함한다. Water purification apparatus for rivers using the soil according to the present invention for achieving the above object includes a stream water distribution unit and treated water recovery unit.
상기 하천수 분배부는, 하천의 수중에 구비되어 하천수를 양수하는 펌프; 상기 펌프와 연결되고, 양수된 하천수를 이송하는 제1 도수관; 및 상기 제1 도수관으로부터 이송된 하천수를 하안 토양층으로 균등하게 공급하는 복수의 출수대를 포함한다. 상기 하안 토양층에 공급된 하천수는 토양층 내에서의 여과, 토양 입자로의 흡착 및 토양 미생물의 생물학적 반응을 통해 하천수 내의 유기물과 질소 등 영양염류가 제거됨으로써 정화된다.The river water distribution unit, the pump is provided in the water of the river to pump the river water; A first water pipe connected to the pump and transferring the pumped river water; And a plurality of outlets for equally supplying the river water transferred from the first conduit to the riverbed soil layer. The river water supplied to the riverbed soil layer is purified by removing nutrients such as organic matter and nitrogen in the riverwater through filtration in the soil layer, adsorption to soil particles, and biological reaction of soil microorganisms.
상기 처리수 회수부는, 하상의 충적층에 매설되어 하천수가 상기 하상의 충적층을 통과하면서 여과, 흡착, 및 생물학적 반응을 통해 정화된 처리수를 집수하는 하나 이상의 제1 수평집수관; 상기 하안 토양층 내에서 제1 수평집수관보다 높 은 심도로 매설되고, 상기 하안 토양층을 통해 정화된 처리수를 집수하는 하나 이상의 제2 수평집수관; 및 제1 및 제2 수평집수관으로부터 집수된 처리수를 저장하는 수직 집수정을 포함한다.The treated water recovery unit may include: at least one first horizontal collection pipe embedded in the alluvial bed of the riverbed and collecting the treated water purified by filtration, adsorption, and biological reaction while the river water passes through the alluvial bed of the bed; At least one second horizontal collecting pipe embedded in the lower soil layer to have a higher depth than the first horizontal collecting pipe and collecting the treated water purified through the lower soil layer; And a vertical sump collecting the treated water collected from the first and second horizontal sump tubes.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 출수대는 최대 출수 거리의 두 배의 간격으로 서로 이격되어 구비될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the plurality of outlets may be provided spaced apart from each other at twice the interval of the maximum outlet distance.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 수평집수관은 방사상으로 매설될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first and second horizontal collection pipes may be embedded radially.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 처리수 회수부는, 상기 수직 집수정과 연결되어 수평방향으로 매설되고, 상기 제2 수평집수관과 연결되어 상기 제2 수평집수관에 집수된 처리수를 상기 수직 집수정으로 이송하는 제2 도수관을 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the treated water recovery unit, buried in the horizontal direction in connection with the vertical water collecting wells, connected to the second horizontal water collecting pipe to collect the treated water collected in the second horizontal water collecting pipe to the vertical It may further include a second water pipe for transporting to the sump.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 수평 집수관은 50∼100mm의 직경을 갖고, 10∼15m의 심도를 갖도록 매설될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first horizontal collection pipe may be buried to have a diameter of 50 to 100 mm and a depth of 10 to 15 m.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 수평 집수관은 50∼100mm의 직경을 갖고, 5∼10m의 심도를 갖도록 매설될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the second horizontal collection pipe may be buried to have a diameter of 50 to 100mm and a depth of 5 to 10m.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수직 집수정은 5∼15m의 내경을 갖는 것일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the vertical water collecting well may have an inner diameter of 5 to 15m.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하안 토양층은 지하수면을 기준으로 상기 지하수면 상부의 제1 토양층과 그 하부의 제2 토양층으로 구분될 수 있고, 상기 제1 토양층은 0.1 cm/s 이상의 수리전도도를 갖도록 완속 여과사로 개질될 수 있다. 또한, 상기 제1 토양층은 하천수에 함유된 유해물질을 흡착하도록 부식토, 퍼라이트, 또는 제올라이트의 친자연 여재가 혼합된 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the bottom soil layer may be divided into a first soil layer above the groundwater surface and a second soil layer below the groundwater surface, and the first soil layer has a hydraulic conductivity of 0.1 cm / s or more. It may be modified with a slow filter sand to have. In addition, the first soil layer may be a mixture of the natural soil of humus, perlite, or zeolite to adsorb the harmful substances contained in the river water.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하안 토양층의 표층에 조성된 식생을 더 포함할 수 있다. 상기 식생은 상기 하안 토양층 내에 존재하는 질소, 인을 흡수하고 근권에 존재하는 미생물의 대사활동을 통해 오염물질을 제거한다.In an embodiment of the present invention, it may further comprise a vegetation composition in the surface layer of the bottom soil layer. The vegetation absorbs nitrogen and phosphorus present in the riverbed soil layer and removes contaminants through metabolic activity of microorganisms in the near-sphere.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수직 집수정의 일측에 설치된 강우량계를 더 포함하고, 상기 강우량계에서 측정된 누적강우량에 따라 상기 하천수 분배부의 운전이 온/오프될 수 있다.In an embodiment of the present invention, further comprising a rainfall meter installed on one side of the vertical sump, the operation of the river water distribution unit may be turned on / off according to the accumulated rainfall amount measured in the rainfall meter.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하안 토양층 내에 설치한 산화환원전위 측정 센서를 더 포함하고, 상기 산화환원전위 측정 센서에 측정된 산화환원전위 값에 따라 상기 하천수 분배부의 운전이 온/오프될 수 있다.In an embodiment of the present invention, further comprising a redox potential sensor installed in the bottom soil layer, the operation of the river water distribution unit can be turned on / off according to the redox potential value measured in the redox potential sensor. have.
또한, 상기한 하천의 수질정화 장치를 이용한 하천의 수질정화 방법은 다음과 같다. In addition, the water purification method of the river using the water purification apparatus of the river is as follows.
상기 하천의 수중에 구비된 펌프를 이용하여 하천수를 양수하고, 상기 펌프와 연결된 제1 도수관을 이용하여 양수된 하천수를 하안 토양층으로 이송한다. 상기 제1 도수관과 각각 연결되고, 서로 이격된 복수의 출수대를 이용하여 이송된 하천수를 하안 토양층으로 균등하게 공급한다. 상기 하안 토양층으로 공급된 하천수는 상기 하안 토양층 내에서의 여과, 흡착 및 생물학적 반응을 통해 정화되는 과정을 거친다.Pumping the river water using a pump provided in the water of the river, and transfers the pumped river water to the riverbed soil layer using a first water pipe connected to the pump. Each of the first water pipes is connected to each other and is evenly supplied to the riverbed soil layer by using a plurality of water outlets spaced apart from each other. The river water supplied to the riverbed soil layer is purified through filtration, adsorption and biological reaction in the riverbed soil layer.
다음으로, 하상의 충적층에 매설된 제1 수평집수관을 이용하여, 하천수가 상 기 하상의 충적층을 통과하면서 여과, 흡착, 및 생물학적 반응을 통해 정화된 처리수를 집수한다. 이와 동시에 상기 하안 토양층 내에서 상기 제1 수평집수관보다 높은 심도로 매설된 제2 수평집수관을 이용하여 상기 하안 토양층을 통해 정화된 처리수를 집수한다.Next, by using the first horizontal collection pipe embedded in the bed of the bed of river bed, the stream water is collected through the filter bed, adsorption, and biological reaction while the stream is passed through the bed of bed of the bed. At the same time, the treated water is collected through the lower soil layer using a second horizontal collecting tube embedded in the lower soil layer at a higher depth than the first horizontal collecting tube.
이 후, 상기 하안 토양층에서 수직 방향으로 매설된 수직 집수정을 이용하여 상기 제1 및 제 2 수평집수관으로부터 집수된 처리수를 저장한다.Thereafter, the treated water collected from the first and second horizontal collecting pipes is stored using a vertical water collecting well embedded in the vertical direction in the bottom soil layer.
또한, 본 발명에 따른 하천 수질정화 방법은 상기 수직 집수정의 일측에 설치된 강우량계를 이용하여 누적강우량을 측정하고, 상기 누적강우량에 따라 상기 하천수 분배부의 운전을 온/오프 하는 과정을 더 포함할 수 있다.In addition, the stream water purification method according to the present invention may further include the step of measuring the cumulative rainfall using a rainfall meter installed on one side of the vertical sump, and on / off the operation of the river water distribution unit according to the cumulative rainfall amount. Can be.
나아가, 본 발명에 따른 하천 수질정화 방법은 상기 하안 토양층 내에 설치한 산화환원전위 측정 센서를 이용하여 산화환원전위 값을 측정하고, 상기 산화환원전위 값에 따라 상기 하천수 분배부의 운전을 온/오프하는 과정을 더 포함할 수 있다.Furthermore, in the stream water purification method according to the present invention, the redox potential value is measured using a redox potential sensor installed in the soil layer of the riverbank, and the on / off operation of the stream water distribution unit is performed according to the redox potential value. The process may further include.
본 발명에 따른 토양을 이용한 하천의 수질정화 장치를 이용한 하천의 수질정화 방법은 다음과 같은 효과가 있다. The water purification method of the river using the water purification apparatus of the river using the soil according to the present invention has the following effects.
본 발명에 따른 하천의 수질정화 장치를 이용하면, 수평 집수관의 단위 길이 당 약 50 m3/일·m의 처리수를 생산하는 것이 가능하여 기존 하상여과를 이용한 하천의 수질개선방법보다 여과수량을 2배 이상 증가시킬 수 있다. By using the water purification apparatus of the stream according to the present invention, it is possible to produce about 50 m 3 / day · m of treated water per unit length of the horizontal collection pipe, and the amount of filtered water compared to the existing method of improving the quality of the river using the river filtration. Can be increased more than twice.
또한, 하상 충적층 및 하안 토양층을 이용하여 여과, 흡착, 침전 등의 물리적 제거방법 및 다양한 산화·환원 조건하에서의 생물학적 분해 작용을 통해 하천수 중 존재하는 다양한 종류의 오염물질을 제거할 수 있다. In addition, it is possible to remove various kinds of contaminants in the river water through the physical removal method such as filtration, adsorption, sedimentation, and biological degradation under various oxidation and reduction conditions using the bed alluvial bed and the bottom soil layer.
나아가, 하안 토양층에 대한 하천수의 간헐적인 공급을 통하여 강우시 하천 범람에 의한 구조물의 유실을 방지하고, 비점오염원이 하안 토양층으로 유입될 수 있도록 하여 영양염류, 탄화수소계 오염물질, 중금속류 등의 비점오염물에 대한 처리를 통해 하천의 수질을 대폭 개선하는 것이 가능하다. Furthermore, intermittent supply of river water to riverbed soil layers prevents the loss of structures caused by river flooding during rainfall, and allows nonpoint pollutants to enter the riverbed soil layers, thereby allowing nonpoint pollutants such as nutrients, hydrocarbon-based pollutants, and heavy metals. It is possible to drastically improve the water quality of rivers through treatment of sewage.
또한, 하천수의 토양 내 체류시간을 단축하고 하천수의 간헐적인 공급을 통해 기존의 하상여과에서 문제시되는 철과 망간의 용출을 최소화 할 수 있다. In addition, it is possible to minimize the elution of iron and manganese, which is a problem in the existing river filtration, by shortening the residence time of the river water and intermittent supply of the river water.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 토양을 이용한 하천의 대용량 수질정화 장치 및 이를 이용한 하천의 수질정화 방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a large-scale water purification apparatus for rivers using soil and water purification methods for rivers using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양을 이용한 하천의 수질정화 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양을 이용한 하천의 수질정화 장치의 평면도이다. 1 is a cross-sectional view of a water purification apparatus of a river using soil according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a plan view of a water purification apparatus of a river using soil according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양을 이용한 하천의 수질정화 장치는 하안 토양층(203, 205)의 상부에 설치된 하천수 분배부(110)와 하상 충적층(202)의 하부 및 하안 토양층(203, 205) 내에 매설된 처리수 회수부를 포함하고, 하천(201)의 물이 하상 충적층(202) 및 하안 토양층(203, 205) 을 각각 거치면서 정화되는 것을 기본적인 원리로 한다.1 to 2, the water purification apparatus of the river using the soil according to an embodiment of the present invention is the river
한편, 본 발명에서는 지하수면(204)을 기준으로, 상기 하안 토양층을 상기 지하수면(204) 상부의 제1 토양층(203)과 상기 지하수면(204) 하부의 제2 토양층(205)로 구분한다. 상기 제1 토양층(203)은 상기 제2 토양층(205)보다 함수율이 낮고, 산소 함유량이 많을 수 있다. Meanwhile, in the present invention, the bottom soil layer is divided into a
본 발명에 따른 하천의 수질정화 장치 중 상기 하천수 분배부(110)는 하안 토양층(203, 205) 내에서의 여과, 토양 입자로의 흡착 및 토양 미생물의 생물학적 분해를 통한 하천의 수질 정화를 위해 제1 토양층(203)으로 하천수를 공급하는 역할을 한다. The stream
상기한 역할을 수행하기 위하여 상기 하천수 분배부(110)는 제1 펌프(111), 제1 도수관(112) 및 복수의 출수대(113)를 포함한다.In order to perform the above role, the river
상기 제1 펌프(111)는 하천(201)의 수중에 구비되어 하천수를 양수한다. 상기 제1 도수관(112)은 상기 제1 펌프(111)와 연결되고 상기 제1 토양층(203)의 상부로 연장되어 양수된 하천수를 이송한다. 상기 복수의 출수대(113)는 상기 제1 도수관(112)으로부터 이송되는 하천수를 제1 토양층(203)으로 균등하게 공급한다.The
상기 복수의 출수대(113)은 상기 제1 도수관(112)을 따라 서로 이격되어 상기 제1 도수관(112) 상에 설치된다. 상기 복수의 출수대(113)는 하천수를 상기 제1 토양층(203)으로 균등하게 공급하기 위해, 최대 출수 거리의 두 배 간격으로 이격되어 설치되는 것이 바람직하다. 상기 복수의 출수대(113)으로 스프링클러를 사용할 수 있다. The plurality of
상기 하천수 분배부(110)에 의한 하천수의 살포량은 제1 토양층(203)의 성상 및 설계 유량에 따라 달라지는데, 일반적으로 토양의 공극이 포화되지 않을 정도의 양으로 살포하며, 제1 토양층(203)의 단위 면적당 500L/day·m2 이상의 살포량을 갖도록 하는 것이 바람직하다.The amount of spraying the river water by the river
하상계수가 큰 하천의 경우, 상기 제1 토양층(203)은 집중강우기간 동안 하천의 범람 및 그에 따른 퇴적작용에 의해 투수성이 양호한 사질 퇴적층의 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서 상기 하천수 분배부(110)로부터 공급된 하천수가 상기 제1 토양층(203)을 통과하면서, 하천수 내 입자상 오염물질이 토양 간극으로의 여과를 통해 제거될 수 있다. 또한, 토양 입자에 부착 성장하는 호기성 미생물들은 하천수 중 용존산소 및 대기로부터의 산소 전달을 통해 공급받는 전자수용체을 이용하여 하천수 내 유기물을 분해하고 수중 암모니아성 질소를 질산화 작용을 통해 질산성 질소로 바꾸는 역할을 한다. In the case of a river having a high bed coefficient, the
상기 제2 토양층(205)의 일정 깊이 이하에서는 생물학적 반응에 의해 용존산소를 모두 소모한 무산소 또는 혐기성 상태로 유지되며, 이 조건에서는 생물학적 탈질 반응에 의해 수중 질산성 질소를 제거할 수 있다. Below a predetermined depth of the
한편, 토양의 침투계수가 낮을 경우에 본 방법을 적용할 경우 하천수의 지하로의 침투속도가 지나치게 작아 체류시간이 길어지게 되고, 이는 토양 미생물의 과대 성장 및 사멸 미생물에 의한 토양폐색으로 토양의 투수능이 더욱 악화되는 악순환을 야기한다. 따라서 상기 제1 토양층(203)은 0.1 cm/s 이상의 수리전도도를 갖 는 것이 바람직하며, 자연 상태의 제1 토양층(203)이 이를 만족하지 못할 경우 0.1 cm/s 이상의 수리전도도를 갖도록 상기 제1 토양층(203)의 표면을 완속 여과사 등으로 개질할 수 있다. 상기 완속 여과사는 충분한 수리전도도를 만족하기 위하여 균등계수 2 이하로 공급되는 것이 바람직하다. On the other hand, when the soil penetration coefficient is low, the application of this method leads to a long residence time due to the infiltration rate of river water into the groundwater being too low. It causes a vicious cycle of worsening SAT. Therefore, the
또한, 일부 하천의 경우 수중 중금속, 탄화수소 등 미량 유해물질이 포함되어 있는 경우가 있는데, 이 경우에는 상기 완속 여과사와 함께 상기 균등계수의 조건을 만족하는 한에서 미량 유해물질에 대한 흡착능이 우수한 것으로 알려진 부식토, 퍼라이트, 제올라이트 등의 친자연 여재를 상기 제1 토양층(203)과 혼합하는 것이 가능하다. In addition, some rivers may contain trace harmful substances such as heavy metals and hydrocarbons in water. In this case, the adsorption capacity for trace harmful substances is known to be excellent as long as the conditions of the uniformity coefficient are satisfied together with the slow filtration yarn. It is possible to mix the natural materials such as humus, perlite, zeolite and the like with the
나아가, 상기 제1 토양층(203)의 상부에는 사질 토양에서 성장이 가능한 식생을 식재하여, 식물 성장에 따른 오염물질 제거와 조경효과를 달성할 수 있다. 상기 식생으로는 육상식물 또는 수생식물이 될 수 있으며, 건조하거나 습한 환경에 모두 적응할 수 있고 유해물질에 대한 내성이 강하며 성장속도가 적당한 상록수에 해당하는 종이 바람직하다. 이와 같은 식생은 성장 과정에서 뿌리를 통해 제1 토양층(203) 내의 암모니아성 질소, 질산성 질소, 인산염 등의 영양염류를 흡수하고, 표면 미생물의 대사활동을 통해 오염물질을 생물학적으로 분해하는 역할을 한다.In addition, by planting vegetation that can grow in the sandy soil on the upper portion of the
상기 제1 토양층(203)의 일정 깊이에는 산화환원전위 측정 센서(132)가 설치되어 상기 제1 토양층(203) 내의 산화환원전위 값에 따라 상기 하천수 분배부(110)의 운전 여부를 결정할 수 있도록 할 수 있다.A redox
본 발명에 따른 하천의 수질정화 장치 중 상기 처리수 회수부는, 제1 수평집 수관(121), 제2 수평집수관(122), 수직 집수정(123) 및 제2 도수관(124)을 포함하며, 하상 충적층(202)으로 자연침투하여 정화된 하천의 처리수와 상기 하안 토양층(203, 205)을 통하여 정화된 처리수를 집수하여 상기 수직 집수정(123) 내에 저장하는 역할을 한다.The treated water recovery unit of the water purification apparatus of the stream according to the present invention, the first
구체적으로, 상기 제1 수평집수관(121)은 하상 충적층(202) 하부의 제2 토양층(205)에 수평방향으로 매설되며, 하천수가 상기 하상 충적층(202)을 통과하면서 자정작용에 의해 정화된 처리수를 회수하는 역할을 한다. 상기 제1 수평집수관(121)은 토양 조건에 따라 50∼100m의 직경을 갖는 유공관을 사용할 수 있으며, 하천수위, 하상계수 및 지하수위 등에 따라 10∼15m의 심도를 갖도록 매설할 수 있다. 상기 하상 충적층(202)의 면적을 최대한 활용하기 위해 도 2에서 나타낸 바와 같이 상기 제1 수평집수관(121)을 방사상으로 3기 이상 매설하는 것이 바람직하다. Specifically, the first
일반적으로 하상은 기반암의 상부에 모래, 자갈 등이 퇴적된 충적층의 구조로 되어 있어 하상 충적층(202)은 그 투수성이 우수하고 여과 기능이 좋으며, 하상 충적층(202) 내 점토 및 실트질 입자는 오염물 흡착능력이 좋고, 미생물이 부착되어 살아가기 적합한 환경이다. 따라서 하천수 내 입자상 오염물질은 상기 하상 충적층(202)을 통과하면서 여과작용에 의해 제거되고, 상기 하상 충적층(202)의 일정 깊이까지는 하천수에 의해 공급받는 용존산소에 의해 호기 상태로 유지되므로 질산화, 유기물 분해 등 호기성 오염물질 분해 작용이 일어난다. In general, the bed phase has a structure of an alluvial layer in which sand, gravel, and the like are deposited on the top of the bedrock, and thus the bed phase
한편, 상기 하상 충적층(202)의 일정 깊이 이하에서는 생물학적 반응에 의해 용존산소를 모두 소모한 무산소 또는 혐기성 상태로 유지되며 이 조건에서는 생물 학적 탈질 반응에 의해 수중 질산성 질소를 제거하는 것이 가능하다. On the other hand, below a certain depth of the bottom bed
상기 제2 수평집수관(122)은 상기 제2 토양층(205)에 수평방향으로 매설되어 상기 하천수 분배부(110)에 의해 공급된 하천수가 상기 제1 토양층(203) 및 그 하부의 제2 토양층(205)를 거치면서 정화된 처리수를 집수하는 역할을 한다. 상기 제2 수평집수관(122)은 토양 조건에 따라 역시 50∼100m의 직경을 갖는 유공관을 사용할 수 있으며, 하천수질 및 지하수위 등에 따라 5∼10 m의 심도를 갖도록 매설하는 것이 바람직하다. The second
도 2에서 도시한 바와 같이, 제2 수평집수관(122)은 처리수의 집수 속도를 최대화하기 위하여, 상기 하천수 분배부(110)의 제1 도수관(112)과 수직한 방향으로 서로 이격하여 복수개 설치할 수 있으며, 이 때, 제2 도수관(124)를 통해 상기 수직 집수정(123)과 연결시킨다. 상기 제2 도수관(124)은 상기 수직 집수정(123)과 연결되고 제2 토양층(205) 내에 수평방향으로 매설되고, 상기 제2 수평집수관(122)에 집수된 처리수를 상기 수직 집수정(123)으로 이송한다. 상기 제2 수평집수관(122)은 상기 제2 도수관(124)에 대하여 수직한 방향으로 구비된다. 한편, 상기한 설치가 곤란할 경우에는 상기 제2 수평집수관(122)을 상기 제1 수평집수관(121)과 같이 방사상으로 설치하여 상기 수직 집수정(123)과 직접 연결한다.As shown in FIG. 2, the second
다음으로 수직 집수정(123)은 제 1 수평집수관(121)과 제 2 수평집수관(122)에 의해 회수된 처리수를 일시적으로 저장한다. 상기 수직 집수정(123) 상측에는 장비 반입 또는 작업자의 출입을 위한 맨홀이 설치되고, 우기나 하천 범람시 상기 수직 집수정(123) 내의 시설물을 안전하게 보호할 수 있는 밀폐형 구조물인 것을 특징으로 한다. 그 하부에는 제2 펌프(125)가 설치되어 수직 집수정(123) 내에 저장된 물을 농업용수, 조경용수, 하천유지용수 등으로 사용될 수 있도록 하며, 이를 통해 수직 집수정(123) 내 수위를 하강시켜 지속적인 처리수의 유입이 가능하도록 한다. 상기 수직 집수정(123)은 처리 용량에 따라 5∼15m의 내경을 갖는 것이 바람직하다. Next, the
한편, 상기 수직 집수정(123)의 일측에는 강우량계(131)가 부착되어 누적강우량값에 따라 상기 하천수 분배부(110)의 운전 여부를 결정할 수 있도록 한다. Meanwhile, a
이하, 상기한 하천의 수질정화 장치를 이용한 하천의 수질정화 방법을 설명한다. Hereinafter, the water purification method of the river using the above-mentioned water purification apparatus of the river is demonstrated.
본 발명의 일 실시예에 따른 하천의 수질정화 방법은 다음과 같다. Water purification method of the river according to an embodiment of the present invention is as follows.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 하천(201)의 수중에 구비된 제1 펌프(111)를 이용하여 하천수를 양수하고, 상기 제1 펌프(111)와 연결된 제1 도수관(112)을 이용하여 양수된 하천수를 하안 토양층의 상부로 이송한다. 상기 제1 도수관(112)과 각각 연결되고, 서로 이격된 복수의 출수대(113)를 이용하여 이송된 하천수를 제1 토양층(203)으로 균등하게 살포한다. 상기 제1 토양층(203)으로 공급된 하천수는 상기 제1 및 제2 토양층(203, 205) 내에서의 여과, 흡착 및 생물학적 반응을 통해 정화되는 과정을 거친다.1 and 2, the river water is pumped using the
다음으로, 하상 충적층(202)에 매설된 제1 수평집수관(121)을 이용하여, 하천수가 상기 하상 충적층(202)을 통과하면서 여과, 흡착, 및 생물학적 반응을 통해 정화된 처리수를 집수한다. 이와 동시에 상기 제2 토양층(105) 내에서 상기 제1 수 평집수관(121)보다 높은 심도로 매설된 제2 수평집수관(122)을 이용하여 상기 제1 및 제2 토양층(203, 205)을 통해 정화된 처리수를 집수한다.Next, by using the first
상기 제1 수평집수관(121)으로 집수된 처리수는 상기 수직 집수정(123)으로 이동되고, 상기 제2 수평집수관(122)으로 집수된 처리수는 상기 제2 도수관(124)을 통하여 상기 수직 집수정(123)으로 이동되어 각각 저장된다.The treated water collected by the first
일반적으로 하천의 수변지역에 설치된 하천 수질정화 장치는 집중 강우시 하천의 범람에 의해 그 구조가 유지되기 어려운 문제점이 있다. 또한 상기 제1 토양층(203)에 지속적으로 하천수가 공급될 경우 제1 토양층(203)이 포화상태에 가까워져 대기로부터의 산소전달이 감소할 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 토양층(203) 및 그 하부의 제2 토양층(205)에서 많은 부분이 무산소 또는 혐기 상태로 전환된다. 이는 두 가지 문제점을 야기하는데, 하나는 토양층 내에서의 호기성 오염물질 분해반응이 이루어지기 어려워진다는 것이고, 다른 하나는 토양 내 환원환경 조성에 따라 토양 내에 존재하는 철, 망간 등의 물질이 용출되어 처리수에 색도를 유발하게 된다는 점이다. In general, the river water purification device installed in the riverside waterfront area has a problem that its structure is difficult to maintain due to flooding of the river during the concentrated rainfall. In addition, when the river water is continuously supplied to the
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 상기 제1 토양층(203)으로의 하천수 공급을 간헐적으로 운전하는 방법을 도입하였으며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양을 이용한 하천의 수질정화 방법에서 하천수 분배장치의 운전방식을 설명하기 위한 플로우 챠트이다. In order to solve this problem, the present invention has introduced a method of intermittently operating the river water supply to the
일반적으로 누적 강우량이 5mm 초과일 때에는 하천 주변의 수변구역에서부터 발생하는 강우유출수가 하천으로 대량 유입하는 것으로 알려져 있다. 따라서 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 강우량계(131)에 측정된 누적 강우량이 5mm를 초과할 때에는 하천수 분배부(110)의 제1 펌프(111)의 운전을 중단시켜 강우유출수가 제1 토양층(203)으로 빠른 속도로 침투될 수 있도록 하여 하천(201)의 범람속도를 저감할 수 있다(S1, S2). 그 과정에서 강우유출수 내 포함되어 있는 유기물, 영양염류, 중금속 등의 오염물질이 제거되어 하천 수질을 더욱 개선할 수 있다. In general, when the cumulative rainfall exceeds 5mm, it is known that rainfall runoff from the waterfront area around the river flows into the river. Therefore, as shown in FIG. 3, when the accumulated rainfall measured by the
또한, 청천시에는 제1 토양층(203)의 일정 깊이에 설치한 산화환원전위 측정 센서(132)를 이용하여 제1 토양층(203)이 환원환경으로 전환되는 시점, 즉 측정된 산화환원전위가 음의 값을 갖게 되는 시점에서 제1 펌프(111)의 운전을 중단시켜 제1 토양층(203)의 함수율을 감소시키고, 이를 통해 대기 중으로부터의 산소 전달을 가능하게 할 수 있다(S3, S4). In addition, in Cheongcheon, when the
또한, 강우량계(131) 및 산화환원전위 측정 센서(132)로부터 각각 측정된 데이터를 수집하는 데이터 수집장치와 데이터에 따라 상기 하천수 분배부(110)의 운전을 제어하는 제어부를 구비하여, 상기 하천수 분배부(110)가 도 3에 도시된 알고리즘에 따라 자동 운전되도록 할 수 있다.In addition, the data collection device for collecting the data measured from the
상기한 본 발명에 따르면, 하상 충적층 및 하안 토양층에 의해 동시에 하천이 정화됨으로, 하천의 처리량을 증가시킬 수 있다. 기존의 방법이 0.01 cm/s의 수리전도도를 갖는 토양에서 수평 집수관의 단위 길이(1 m) 당 약 20 m3/일의 처리수를 생산하였다면 본 발명에 의해서는 수평 집수관의 단위 길이(1 m) 당 약 50 m3/일의 처리수를 생산하는 것이 가능하다. 하천 처리량의 증가에 따라, 하천수의 토양 내 체류시간을 단축하여 철과 망간의 용출을 최소화할 수 있다. According to the present invention described above, since the stream is simultaneously purified by the riverbed alluvial bed and the riverbed soil layer, the throughput of the river can be increased. If the conventional method produces about 20 m 3 / day of treated water per unit length (1 m) of horizontal collecting pipe in soil with hydroconductivity of 0.01 cm / s, It is possible to produce about 50 m 3 / day of treated water per 1 m). With the increase in river throughput, the retention time of river water can be shortened to minimize the leaching of iron and manganese.
또한 강우시에는 하천수의 공급을 중단하고 비점오염원이 하안 토양층으로 유입될 수 있도록 하여 영양염류, 탄화수소계 오염물질, 중금속류 등의 비점오염물에 대한 처리를 통해 하천수질을 대폭 개선할 수 있다.In addition, during rainfall, the river water supply can be stopped and non-point sources can be introduced into the riverbed soil layer, thereby improving the river water quality by treating non-point pollutants such as nutrients, hydrocarbon pollutants, and heavy metals.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양을 이용한 하천의 수질정화 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of the water purification device of the river using the soil according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양을 이용한 하천의 수질정화 장치의 평면도이다. 2 is a plan view of the water purification apparatus of the river using the soil according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양을 이용한 하천의 수질정화 방법에서 하천수 분배장치의 운전방식을 설명하기 위한 플로우 챠트이다. Figure 3 is a flow chart for explaining the operation method of the river water distribution device in the water quality purification method of the river using the soil according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
110 : 하천수 분배부 111 : 제1 펌프110: river water distribution section 111: the first pump
112 : 제1 도수관 113 : 출수대112: first water pipe 113: water outlet
121 : 제1 수평집수관 122 : 제2 수평집수관121: first horizontal collection tube 122: second horizontal collection tube
123 : 수직 집수정 124 : 제2 도수관123: vertical sump 124: second water pipe
125 : 제2 펌프 131 : 강우량계125: second pump 131: rainfall meter
132 : 산화환원전위 측정 센서 201 : 하천132: redox potential sensor 201: river
202 : 하상 충적층 203 : 제1 토양층202: bed bed alluvial layer 203: first soil layer
204 : 지하수면 205 : 제2 토양층 204: underground water surface 205: second soil layer
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