KR101025581B1 - 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치에 관한 것으로서, 하천 제방에 계단식으로 설치되어 제방을 따라 하천으로 유입되는 각종 오염수를 정화하는 것이다. 또한, 본 발명은 유체의 흐름이 일종의 역사이펀 현상처럼 상호간의 수면 높이차에 의한 수두압력에 의해 이루어지는 것으로, 유체의 자연적인 흐름 과정으로부터 오염된 유체의 유입과 정화 및 배출이 자연스럽게 이루어지는 수질 정화장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 소정 깊이의 수용공간을 갖으며 다수가 계단식으로 설치되는 정화수조(10)와; 상기 정화수조(10) 내부 공간을 유체가 유입되는 전방 및 유체가 배출되는 후방으로 이분할하는 것으로, 정화수조(10)의 바닥과는 이격되도록 형성되며, 정화수조(10) 상부로는 일부가 돌출된 형태로 이루어진 차단벽(20)과; 상기 정화수조(10) 내의 공간부에 수용되어 오염된 유체의 여과기능을 제공하는 것으로, 외부는 그물철망(31)으로 이루어지고, 내부에는 각종 정화부재(35)가 수용된 다수의 정화블록(30)과; 상기 정화수조(10)에서 유체가 배출되는 후방측 공간으로부터 일체로 돌출 형성되는 것으로 다수의 통공(41a, 42a)을 통해 유체가 배출시 산소와 혼합되어지는 폭기(41, 42);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

제방, 하천, 수질 정화장치, 정화수조, 정화블록, 폭기, 유공관, 유공판, 역사이펀

Description

제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치 {Terraced filtering equipments of river embankment}

본 발명은 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 정화부재를 수용한 다수의 정화수조가 하천 제방에 계단식으로 설치되어 제방을 따라 하천으로 유입되는 각종 오염수를 정화하는 계단식 수질 정화장치에 관한 것이다.

산업의 발전과 도시로의 인구 집중화로 인하여 각 도시를 끼고 흐르며 식수원이기도 한 하천은 폐수 및 생활하수 등의 각종 오염물질에 노출되어 있으나, 이를 처리하기 위한 정화시설은 매우 부족한 실정이다. 특히 갈수기에는 오염도의 상승으로 인하여 취수정의 물이 식수용으로 적합치 않을 정도로 오염되는 하천도 발생하는 실정이다.

하천에 생활하수 또는 축산분뇨 등이 유입될 경우, 원수에 많은 유기물이 함유되어 있어 하천수가 오염되기 쉽다. 특히 상기의 원수들은 부유물의 농도가 높 고, 뿐만 아니라 고농도의 유기질 가운데 질소가 차지하고 있는 부분이 높아 처리하지 않고 하천수에 유입 되었을 경우 질산화 공정에 따른 수계의 용존산소 소모가 높아 용존산소 결핍에 따른 수상생태계의 위협이 초래될 수 있다.

상기와 같은 하천의 오염을 방지하거나 감소시키기 위해서는 기본적으로 각 가정이나 공장 등에서 발생되는 폐수 및 생활하수 등을 1차적으로 감소시켜야 하며, 하천을 따라 각 지역별로 하수종말처리장을 설치하여 하천으로 유입되기 전 오염수를 정화한 후 하천으로 방출하여야 하나 이와 같은 방법은 하수종말처리장의 건설에 시간이 많이 소요될 뿐 아니라 건설 및 유지관리 비용이 과다하게 소요되어 장기적인 대책으로나 적합하다 할 수 있는 실정이다.

따라서, 단기간에 실시가 가능하고 비용이 적게 들면서 효율적인 하천수의 정화 방법들이 개발되었는 바, 이들을 살펴보면 다음과 같다.

대표적인 환경친화적인 방법으로서 수생식물을 이용한 방법을 들 수 있는 바, 이는 담수성 수생식물을 이용하여 하천수를 자연적으로 정화하는 것으로, 종래의 물리화학적 처리에 비하여 그 비용이 저렴하면서도 새로운 오염물의 발생이 없고, 부분적으로는 생태계를 복원할 수도 있는 환경친화적인 방법이라는 측면이 있으나, 수생식물의 종류에 따라 각각 고유한 장점과 단점을 갖기 때문에 여러 종류의 수생식물을 이용하여야 한다는 문제가 있다.

즉, 각 수생식물은 동종 식물끼리 밀집시켜야 하천수의 정화효율을 높일 수 있는 바, 여러 종류의 수생식물 집단을 활용하기 위해서는 상당한 면적의 부지가 필요하게 되기 때문에 현실적으로는 처리 용량에 한계가 있으며, 수생식물의 성장 에 따라 정화 능력이 변화되는 시기적인 제약도 있어 제한적으로만 이용되고 있다.

또 다른 종래의 하천 수질 정화장치는, 취수된 오염 하천수에서 모래와 같은 입자가 큰 오염물을 침적시키기 위한 침사조와, 침사조를 통과한 하천수에 함유된 유기물과 부유물을 침전 및 흡착시킨 후 산화분해 및 여과하기 위하여 자갈과 같은 각종 여과재가 충진된 정화수조와, 정화수조를 통과한 정화 하천수가 모여 방류되는 방류조로 구성되고, 상기 침사조로부터 방류수까지 하천수가 수평 방향으로 흐르며 오염물이 제거되는 수평류식 하천 정화 장치가 일반적으로 사용되었다.

그러나, 상기와 같이 이루어진 종래의 수평류식 하천 정화 장치는 오염물을 충분히 제거를 위해서는 정화 장치의 길이가 과도하게 길어질 수 있는 문제점이 있으며, 또한, 정화장치의 구성적 특성상 정화수조 앞 부분에 오염물이 집중 축적되어 하천수의 이동 통로를 막는 문제점이 발생함으로써 오염물의 흐름이 단시간에 급격히 느려져 정화 효율이 떨어지게 되는 문제점도 있었다.

뿐만 아니라, 하천 내에서 오염된 물을 직접 정화하는 방법인 기존의 하천수질정화 접촉산화법에 사용되는 산재된 여과부재의 공극폐쇄는 교체가 어려워 설치 후 일정기간이 경과하면 운영중단의 문제점이 발생되기도 하였다.

또한, 상기와 같이 종래에는 하천 내에서 오염된 물을 직접 정화하는 방법을 주로 적용하였으나 그 적용대상이 너무 넓어 정화 효율에는 한계가 있었다. 즉, 하천 제방을 통해 유입되는 오염된 유체를 미리 정화하여 하천에 유입되도록 하는 수질 정화 방법의 적용이 요구되는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유체의 자연적인 흐름 과정으로부터 오염된 유체를 정화시킬 수 있는 수질 정화장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

또한, 본 발명은 유체의 정화를 위해 사용되는 필터링 부재의 설치 및 주기적인 유지관리가 수월하도록 구성된 수질 정화장치를 제공하는데 본 발명의 또 다른 목적이 있다.

또한, 수질정화능력은 오염수와 정화매체의 접촉시간 및 접촉면적의 크기에 비례하여 증대되는 원리를 적용하여 향상된 수질정화 성능을 제공하는데 본 발명의 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 하천 제방에 계단식으로 설치되어 제방을 따라 하천으로 유입되는 각종 오염수를 정화하는 것으로, 소정 깊이의 수용공간을 갖으며 다수가 계단식으로 설치되는 정화수조와; 상기 정화수조 내부 공간을 유체가 유입되는 전방 및 유체가 배출되는 후방으로 이분할하는 것으로, 정화수조의 바닥과는 이격되도록 형성되는 차단벽과; 상기 정화수조 내의 공간부에 수용되어 오염된 유체의 여과기능을 제공하는 것으로, 외부는 그물철망으로 이루어지고, 내부에는 각종 정화부재가 수용된 다수의 정화블록과; 상기 정화수조에서 유 체가 배출되는 후방측 공간으로부터 돌출 형성되는 것으로 다수의 통공을 통해 유체가 배출되는 폭기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 정화블록은 그물철망으로 이루어진 다면체 형상을 갖으며, 그 중 일 면은 개폐 가능하도록 경첩이 형성되고, 상기 개폐 가능한 일 면은 고정 가능하도록 잠금수단이 형성되며, 외부에는 손잡이가 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 정화부재는 자갈, 모래, 숯, 세라믹, 제오라이트 중 최소 하나 이상이 단일 또는 혼합 적용되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 폭기는 내부가 중공된 원형 파이프 형상으로 둘레에는 다수의 통공이 내부로부터 관통 형성된 유공관이 적용되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기의 폭기는 내부가 중공된 다면체 구조의 패널 형상으로 외부에는 다수의 통공이 내부로부터 관통 형성된 유공판이 적용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 유체의 흐름이 일종의 역사이펀 현상처럼 상호간의 수면 높이차에 의한 수두압력으로 이루어지는 것으로 오염된 유체의 유입과 정화 및 배출이 자연스럽게 이루어지는 효과가 있다.

둘째, 자연원리를 이용한 간단한 구성으로 설치 및 유지관리 비용을 절감한 효과도 있다.

셋째, 필터링 기능의 정화블록은 설치 및 유지보수가 편리하고, 내측 정화부재를 교체할 수 있으므로 재사용에 따른 사용수명이 연장되고, 정화부재의 교체 적용이 용이하여 최상의 여과성능을 유지하고 할 수 있는 효과도 있다.

넷째, 여과된 유체는 폭기를 통해 산소와 함께 배출 및 인접한 또 다른 정화수조에 공급되므로 정화수조 내의 각종 유기물이 산소와 혼합하여 물의 정화 성능이 향상되는 효과도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치에 대한 전체 구성 사시도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치에 대한 확대 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명은 하천 제방에 계단식으로 설치되어 제방을 따라 하천으로 유입되는 각종 오염수를 정화하는 것으로, 소정 깊이의 수용공간을 갖는 다수의 정화수조(10)가 계단식으로 설치되고, 상기 각각의 정화수조(10)에는 전방 및 후방으로 공간을 분할하는 차단벽(20)이 형성되며, 상기 정화수조(10) 내의 공간부에는 필터링 기능의 다수의 정화블록(30)이 수용되고, 각각의 정화수조(10)에서 후방측 공간의 배출단에는 폭기(41, 42)가 일체로 형성된다.

상기에서 정화수조(10)는 소정 깊이의 수용공간을 갖되 상부는 개방된 형태로 몸체 일부는 하천 제방에 매설되는 것이며, 다수의 정화수조(10)가 하천 제방에 매설됨에 있어서도 그 높이가 하천 제방의 상부에서 하부를 향해 점차 낮아지는 계단형태를 갖는다. 또한, 각각의 정화수조(10)에 있어서도 오염된 유체가 유입되는 전방측 공간이 유체가 배출되는 후방측 공간에 비해 수두(水頭)차가 더 높게 형성되어 수두압력에 따른 자연스러운 유체의 흐름이 이루어지는 것으로 정화수조(10)의 상단부는 높이차가 형성된 계단형 또는 경사진 형태로 이루어진다.

상기에서 차단벽(20)은 정화수조(10) 내의 공간을 오염된 유체가 유입되는 전방측 공간 및 유체가 배출되는 후방측 공간으로 이분할하는 것으로, 정화수조(10)의 바닥으로부터 소정 높이가 이격된 위치에 형성된다.

상기에서 정화블록(30)은 정화수조(10)에 수용되어 오염된 유체를 정화시키는 것으로, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정화블록에 대한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정화블록에 대한 단면도를 나타낸 것이다.

상기와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 정화블록(30)은 직육면체 형상을 갖도록 프레임(36)이 형성되고 여섯면에는 모두 그물철망(31)이 형성되어 오염된 유체의 유입 및 배출과정이 수월하게 이루어질 수 있으며, 내부에는 자갈, 모래, 숯, 세라믹, 제오라이트 등 각종 정화부재(35)가 수용되어 오염 유체의 유입 및 배출과 정에서 이물질을 걸러내는 여과기능이 이루어진다.

또한, 상기 정화블록(30)의 일 면은 개폐 가능하도록 개폐수단(32)이 형성되어 내부 정화부재의 교환이 가능토록 하였으며, 상기 개폐 가능한 일 면은 고정 가능하도록 잠금수단(33)이 더 형성된다. 또한, 정화블록(30)은 설치 및 유지관리에 따른 이동이 수월하도록 일면에는 손잡이(34)가 더 형성된다.

상기 개폐수단(32)은 다양한 형태가 적용될 수 있으며 본 발명은 개폐수단(32)의 구성을 어느 하나로 한정하지는 않으나, 바람직하게, 본 발명의 실시예에 따르면 상기 개폐수단(32)은 경첩 구성을 적용하였다.

또한, 상기 정화블록(30)은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 각 면에 그물철망(31)이 형성된 구성이라면 다양한 형태의 다면체 구조로 이루어질 수 있으며, 내부에 수용되는 정화부재(35) 또한 실시예에 한정하지 않고 이미 공지된 범위에서 다양한 재료가 적용될 수도 있는 것이다.

상기 폭기(曝氣)(41, 42)는 물속에 공기를 불어넣어 물속의 산소를 증가시키는 것으로, 산소와 물속 유기물이 혼합되어 유익한 미생물의 번식을 활성화시키는 것이다. 이와 같은 폭기(41, 42)는 정화수조(10)에서 유체가 배출되는 후방측 공간으로부터 일체로 돌출 형성되는 것으로 그 형태에 따라 다수의 통공(41a, 41b)이 형성된 유공관(41) 및 유공판(42) 형태가 적용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따라 유공관 형태의 폭기가 적용된 모습을 도시한 확대 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따라 유공판 형태의 폭기 가 적용된 모습을 도시한 확대 사시도이다.

도 6과 같이, 유공관(41)은 내부가 중공된 원형 파이프 형상으로 둘레에는 다수의 통공(41a)이 내부로부터 관통 형성되며, 정화수조(10) 내에서 여과된 유체는 상기 유공관(41)에 형성된 통공(41a)을 통해 산소와 함께 외부로 배출되는 것이다.

도 7과 같이, 유공판(42)은 내부가 중공된 다면체 구조의 패널 형상으로 외부에는 다수의 통공(42a)이 내부로부터 관통 형성되며, 정화수조(10) 내에서 여과된 유체는 상기 유공판(42)에 형성된 통공(42a)을 통해 산소와 함께 외부로 배출되는 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치에 대한 동작 상태도로서, 상기와 같이 본 발명에 따른 수질 정화장치는 하천 제방에 계단식으로 설치되어 제방을 따라 하천으로 유입되는 각종 오염수를 정화하는 것으로, 높은곳에서 낮은곳을 향해 일 방향으로 흐르는 유체는 정화수조(10)의 차단벽(20)에 부딪혀 그 진행방향이 정화수조(10)의 전방측 공간 하향으로 전환되고, 유체는 일종의 역사이펀 현상처럼 정화수조(10)의 내측 하부 차단벽(20)과의 이격공간을 지나서 정화수조(10)의 후방측 공간 상향으로 이동하는 것이다. 즉, 유체는 정화수조(10)의 내측 공간을 "U"자 형태로 이동하는 것이며, 이때, 정화수조(10) 내부에 수용된 다수의 정화블록(30)을 거치며 오염된 유체의 정화작용이 이루어지는 것이다.

또한, 각각의 정화수조(10)에서 전방측 수두는 후방측 수두보다 높게 형성되 도록 소정의 수두차를 유지시킴으로 수두 압력에 따라 전방측으로 유입된 유체가 후방측으로 배출 및 이동될 수 있는 것이며, 유체의 진행방향에 따라 형성된 다수의 정화수조(10)는 계단형태의 점차적으로 낮은 수두를 형성함으로 유체의 흐름 또한 유지되는 것이다.

또한, 정화수조(10)의 후방측 공간 상향으로 이동한 유체는 일체로 연결된 폭기(41, 42)를 따라 외부로 배출되는 것으로, 다양한 실시 형태를 갖는 상기 폭기는 유공관(41) 및 유공판(42)이 적용될 수 있으며, 유공관(41) 및 유공판(42)에 형성된 다수의 통공(41a, 42a)을 통해 유체의 분출에 따른 산소의 용해가 이루어지며, 배출된 유체는 인접한 또 다른 정화수조(10)에 산소와 함께 유입되는 것이다.

도 8과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 계단식 수질 정화장치는 제방에 설치에 설치되고, 제방 상부는 차단되어 도로 등으로 활용되는 것이다. 즉, 정화수조(10) 및 차단벽(20)은 연장되어 제방 상부측에 연결되며, 제방 상부는 정화블록(30)을 교체할 수 있도록 개폐 가능한 도어부(51)가 형성되는 것이며, 본 발명에 따른 계단식 수질 정화장치로부터 정화된 유체는 배수관(52)를 통해 하천에 유수되는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치에 대한 전체 구성 사시도이며,

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치에 대한 확대 단면도이며,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정화블록에 대한 사시도이며,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정화블록에 대한 단면도이며,

도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따라 유공관 형태의 폭기가 적용된 모습을 도시한 확대 사시도이며,

도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따라 유공판 형태의 폭기가 적용된 모습을 도시한 확대 사시도이며,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치에 대한 동작 상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 정화수조 20 : 차단벽

30 : 정화블록 31 : 그물철망

32 : 경첩 33 : 잠금수단

34 : 손잡이 35 : 정화부재

36 : 프레임 40 : 폭기

41 : 유공관 42 : 유공판

41a, 42a : 통공 51 : 도어부

52 : 배수관

Claims (8)

1. 하천 제방에 계단식으로 설치되어 제방을 따라 하천으로 유입되는 각종 오염수를 정화하는 것으로,

   소정 깊이의 수용공간을 갖으며 다수가 계단식으로 설치되는 정화수조(10)와;

   상기 정화수조(10) 내부 공간을 유체가 유입되는 전방 및 유체가 배출되는 후방으로 이분할하는 것으로, 정화수조(10)의 바닥과는 이격되도록 형성되는 차단벽(20)과;

   상기 정화수조(10) 내의 공간부에 수용되어 오염된 유체의 여과기능을 제공하는 것으로, 외부는 그물철망(31)으로 이루어지고, 내부에는 각종 정화부재(35)가 수용된 다수의 정화블록(30)과;

   상기 정화수조(10)에서 유체가 배출되는 후방측 공간으로부터 돌출 형성되는 것으로 다수의 통공(41a, 41b)을 통해 유체가 배출되는 폭기(41, 42);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정화블록(30)은 그물철망(31)으로 이루어진 다면체 형상을 갖으며, 그 중 일 면은 개폐 가능하도록 개폐수단(32)이 형성되고, 상기 개폐 가능한 일 면은 고정 가능하도록 잠금수단(33)이 형성된 것을 특징으로 하는 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 개폐수단(32)은 경첩이 적용되는 것을 특징으로 하는 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 정화블록(30)의 외부에는 손잡이(34)가 형성된 것을 특징으로 하는 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 정화부재(35)는 자갈, 모래, 숯, 세라믹, 제오라이트 중 최소 하나 이상이 단일 또는 혼합 적용되는 것을 특징으로 하는 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기의 폭기는 내부가 중공된 원형 파이프 형상으로 둘레에는 다수의 통공(41a)이 내부로부터 관통 형성된 유공관(41)이 적용되는 것을 특징으로 하는 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기의 폭기는 내부가 중공된 다면체 구조의 패널 형상으로 외부에는 다수의 통공(42a)이 내부로부터 관통 형성된 유공판(42)이 적용되는 것을 특징으로 하는 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치.
8. 제 1항에 있어서,

   제방 상부는 차단되고, 정화수조(10) 및 차단벽(20)은 연장되어 제방 상부측에 연결되며, 제방 상부는 정화블록(30)을 교체할 수 있도록 개폐 가능한 도어부(51)가 형성되는 것을 특징으로 하는 제방에 설치되는 계단식 수질 정화장치.

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