KR101138988B1 - 자연친화적으로 설계된 초기우수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연친화적으로 설계된 초기우수 처리장치에 관한 것으로, 우수와 함께 유입될 협잡물을 제거하면서 우수를 집수하는 유입조와; 이 유입조에서 1차 처리된 처리수를 다공성 여재와의 접촉으로 2차 여과처리하는 여과조; 및 이 여과조에서 처리된 우수를 외부 수계로 내보내는 배출조;로 이루어진 우수처리설비(1)와 여과공정을 재차 실현할 수 있게 자연친화적으로 설계된 자연유수식 여과설비(4)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

자연친화적으로 설계된 초기우수 처리장치 {TREATMENT APPARATUS FOR RAIN WATER}

본 발명은 우수(빗물)와 같은 유수로 유입되는 수중 오염물질을 여과하는 제거장치에 관한 것으로, 특히 다공성 입자를 여재(濾材)로 사용하는 수중 오염물질 제거 및 분리할 수 있는 초기우수 처리장치이다.

종래에 사용된 초기우수 처리장치는 우수로부터 부유물과 고형물들을 분리하기 위해서 우수를 나선형으로 와류시켜 원심분리하거나 중력작용으로 바닥으로 떨어뜨려 분리하는 방식을 채택하고 있는 게 현실이다.

이와 같이 원심분리 혹은 중력작용으로 부유물 혹은 고형물들을 제거하였던 종래의 초기우수 처리장치는 미세한 입자로 된 고형물 또는 화합물질들을 충분히 제거하지 못한 채로 수계로 방류되어 생태계를 오염시키는 문제점을 야기하고 있어 이에 대한 개선책 강구가 필요한 시점이라고 사료된다.

따라서, 본 발명은 전술된 문제점들을 해결하기 위해서 창출된 것이다.

본 발명의 목적은 우수와 함께 유입될 다양한 유형 또는 형태의 오염물질들을 효과적으로 제거할 수 있는 초기우수 처리장치를 제공하는 것으로, 이 처리장치는 다공성 여재를 적용하여 오염물질을 제거하는 것이다.

이와 더불어서, 본 발명은 자연유수식 여과설비를 추가로 구비하여 초기우수에 함유된 오염물질의 처리능력을 향상시키도록 한다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 다공성 여재를 매개로 하여 우수와 같은 유수에 휩쓸려 유입될 오염물질들을 여과처리할 수 있도록 하는 한편, 종래의 수중 오염물질 제거장치에 비해서 처리능력을 향상시키기 위해 다공성 여재를 구비하여 하향류로 우수를 처리하는 여과조를 구비한다.

이와 더불어서, 본 발명에 따른 다공성 입자를 이용한 우수 처리의 처리능력이 저하되는 문제점을 극복하기 위해 여과조에 상향류하는 역세척수를 공급할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 우수와 함께 휩쓸려오는 다양한 유형의 오염물질이 직접 수계로 유입되는 것을 방지하도록 제공된다.

본 발명은 여과조에 다공성 여재로 충전된 여과지를 구비하고, 이 여과지를 하향류로 우수를 안내하도록 설계되어 미세한 오염물질을 다공성 여재와 접촉처리하도록 되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 초기우수 처리장치는 우수처리설비 하류에 자연유수식 여과설비를 추가로 구비하여 처리장치에서 처리된 유수를 수계로 배출하기 전에 재여과과정을 수행할 수 있도록 하며, 본 발명은 이러한 여과공정에서 처리된 우수를 재활용할 수 있는 한 방편을 제시하고 있다.

본 발명은 여과지의 처리능력을 유지시키기 위해 역세척수 공급으로 여재들간의 공극에 퇴적되어 있던 오염물질을 다공성 여재에서 탈리시킬 수 있도록 되어 있다.

이제, 본 발명의 초기우수 처리장치는 첨부도면을 참조로 하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자연친화적으로 설계된 초기우수 처리장치의 개략적인 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 자연친화적으로 설계된 초기우수 처리장치는 우수처리설비(1)와 자연유수식 여과설비(4)로 이루어진다. 우선적으로, 우수가 우수처리설비(1)로 유입되어 침강처리 및 여과처리를 거친 처리수를 자연유수식 여과설비(4)로 안내되어 재여과처리함과 동시에 식생에 필요한 물 공급원으로 사용될 수 있다.

우수처리설비(1)는 우수를 공급받는 유입조(10)와, 상기 유입조(10)에 집수된 우수를 공급받아 2차 처리할 수 있는 여과조(20), 및 처리수를 배출하는 배출조(30)로 구성된다. 이의 하류에 구비된 자연유수식 여과설비(4)는 배출조(30)에서 처리된 처리수를 안내 유도하는 분배관(41)과, 상기 분배관(41) 아래에 배치된 유출관로(42), 시트층(43), 및 상기 분배관(41)과 유출관로(42) 둘레에 배열된 다공성 여재(44)로 구성된다.

본 발명을 구성하는 우수처리설비(1)와 자연유수식 여과설비(4)는 아래에서 구체적으로 설명한다.

우수처리설비

유입조(10)는 우수를 공급하는 유입관(11)과 협잡물제거용 스크린(12)을 구비한다. 이 협잡물제거용 스크린(12)은 유입관(11)으로 공급될 우수의 흐름과 함께 유입될 상대적으로 입자의 크기가 큰 협잡물 혹은 부유물들을 유입조(10)로 유입되지 않게 걸러내는 역할을 한다.

유입조(10)는 1차 처리조로서, 유입조(10)로 유입된 우수가 집수되어 바닥으로 침전물 혹은 침사물을 침전시킬 수 있는 공간을 제공할 수도 있다.

이렇게 1차 처리된 처리수는 유입조(10)와 격벽(15)으로 구획된 여과조(20)로 안내된다.

격벽(15)은 유입조(10)와 여과조(20)를 구획하는바, 도시되었듯이 격벽(15)의 상부는 개방되어 우수의 유동통로를 제공하는데, 이 개방부(151)를 통해 유입 조(10)에서 1차 처리된 처리수가 격벽(15)을 월류하여 여과조(20)로 이동할 수 있게 한다.

여과조(20)로 유입된 1차 처리수는 여과조(20) 하부 근처에 위치된 여과지(21)를 관통하여 여과처리된다. 특히 1차 처리수는 위에서 아래로 내려가는 하향류로 여과지(21)를 관통한다. 바람직하기로, 여과지(21)는 여과조(20)의 바닥면과 평행하게 이격되어 배치되는 한편, 다공성 여재(214)로 충전되어 있다. 여과지(21)의 구조는 도 1의 원호에 상세하게 도시되어 있다.

원호를 참조로, 여과지(21)는 지지대(211)와, 와이어 메쉬(212), 굵은 모래층(213), 및 다공성 여재(214)로 이루어진다. 지지대(211)는 격벽(15)과 여과조(20)의 측벽(25) 사이에 배치되어 그 상에 안착될 와이어 메쉬, 굵은 모래층 뿐만 아니라 다공성 여재를 충분히 유지할 수 있다. 와이어 메쉬(212)는 도시되었듯이 지지대(211) 상에 배열된다. 와이어 메쉬(212)는 그 위에 안착될 구성부재, 예컨대 굵은 모래가 여과지(21) 아래로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 촘촘한 구조로 선택되는 것이 바람직하다. 와이어 메쉬(212)는 전술된 바와 같이 굵은 모래의 유실방지를 목적으로 할 뿐만 아니라 여과지(21)를 역세척할 경우 역세척수의 상향류 이동을 돕는다.

더욱 효과적으로 굵은 모래의 유출을 방지하기 위해서 하나 이상의 와이어 메쉬(212)가 적층될 수 있다.

다공성 여재(214)는 와이어 메쉬(212) 위에 배열된 굵은 모래층(213) 상에 안착되어, 여과조(20)에서 하향류하는 우수를 여과한다. 선택가능하기로, 다공성 여재(214)는 3mm 이하의 크기를 갖는다.

이렇게 여과지(21)로 여과된 2차 처리수는 여과조(20)와 측벽(25)으로 구획된 배출조(30)로 안내된다. 측벽(25)은 여과조(20)와 배출조(30)를 구획하는바, 도시되었듯이 측벽(25)의 하부가 개방되어 처리수의 유동통로로서 제공되는데, 이 개방부(251)를 통해 여과조(20)에서 2차 처리된 처리수가 측벽(25) 아래로 지나가면서 배출조(30)로 이동할 수 있다.

배출조(30)는 유입조(10)와 여과조(20)로 오염물질을 충분히 제거 및 여과한 처리수를 유출관(31)을 수단으로 외부로 배출한다.

이러한 구조의 우수를 여과하는 처리장치에서, 여과조(20)에서 다공성 여재의 효율이 현저하게 떨어지면 본 발명에 따른 초기우수 처리장치는 역세척수를 공급하여 다공성 여재(214)에 붙어 있던 퇴적물을 분리시킬 수 있도록 되어 있다.

본 발명은 역세척수의 공급과 배출을 위해 역세척수 공급관(32)과 제1배출관(13) 및 제2배출관(33)을 추가로 구비한다. 여기서, 제1배출관(13)과 제2배출관(33)으로 빠져나갈 역세척수는 자갈 및/또는 다공성 여재를 통해 또는 다른 여과처리를 거쳐 방출될 수 있다.

역세척시, 유입관(11)를 폐쇄하여 우수의 추가 유입을 차단한다. 유입조(10)는 그 내부에 집수된 우수를 외부로 내보내어 빈 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 배출조(30)에 구비된 유출관(31)과 함께 제2배출관(33)을 폐쇄상태로 유지한다. 도시되었듯이, 유출관(31)은 별도의 밸브(35)를 매개로 하여 유출관의 개폐를 제어할 수 있다. 그런 다음에, 역세척수가 배출조(30)로 공급될 수 있게 역세척수 공급관(32)을 개방한다. 역세척수는 유출관(31)으로 배출될 여과 처리수의 일부를 재사용하거나 별도의 역세척수 공급원으로부터 공급될 수 있다.

시간이 경과하면서, 역세척수가 배출조(30)에 차오르면서 측벽(25)의 하부 개방부(251)를 통해 여과조(20)로도 유입되어 배출조(30)와 함께 여과조(20)에서 역세척수의 수위가 상승하게 된다.

이렇게 차오르는 역세척수는 여과조(20)의 여과지(21)를 상향류되게 관통하게 되는데, 역세척수가 여과지(21)를 아래에서 위로 통과하면서 역세척수의 난류성 흐름으로 여과지(21)의 다공성 여재(214)에 붙어 있던 퇴적물을 분리시킬 수 있다. 다시 말하자면, 역세척수가 상향류되면서 여과지(21)에 배치된 다공성 여재(214)를 교란시키는 과정을 통해 다공성 여재(214) 상에 붙어 있던 다양한 퇴적물이 분리된다. 물론 역세척수의 공급이 중단되면, 다공성 여재(214)는 굵은 모래층(213) 위에 가라앉게 된다. 역세척수의 상향류에도 불구하고 굵은 모래층(213)의 불필요한 이동은 그 자체 무게에 의해 제한될 것이다. 역세척수의 상승으로 떠오르는 퇴적물은 여과조(20)에서 격벽(15)의 개방부(151)를 범람하여 유입조(10)로 이동한다.

다공성 여재(214)에서 퇴적물이 충분히 분리되고 이 부유상태의 퇴적물이 유입조(10)로 이동한 후에는, 역세척수 공급관(32)을 폐쇄하여 역세척수의 공급을 차단한다. 그런 후에, 유입조(10)의 하부에 있는 제1배출관(13)과 배출조(30)의 하부에 있는 제2배출관(33)이 개방되어 역세척수와 퇴적물을 본 발명에 따른 초기우수 처리장치에서 외부로 배출하도록 한다.

덧붙여서, 유입조(10)의 바닥면은 경사져 있어 제1배출관(13)을 개방할 경우 역세척수와 다공성 여재에서 분리된 오염물질 뿐만 아니라 유입조(10) 바닥면에 가라앉아 있던 침전물이 제1배출관(13)으로 더욱 원활하게 배출시킬 수 있다. 선택가능하기로, 배출관의 내?외부에는 다공질의 여과재(직경 15~50mm)가 포설되도록 하여 침전물 중 고형성 오염물질은 포집되고 여과된 물은 지하로 침투되며, 유입조 내부에 축적된 고형성 오염물질은 강우종료시 흡인준설차에 의해 처리될 수도 있다.

배출조(30)의 제2배출관(33)도 개방되어 여과조(20)와 배출조(30)에 수용되었던 역세척수 및/또는 처리수를 본 발명의 초기우수 처리장치로부터 방출한다.

제1배출관(13)과 제2배출관(33)으로 빠져나갈 역세척수는 자갈 및/또는 다공성 여재를 통해 또 다른 여과처리를 거쳐 방출되도록 추가로 구비한다.

자연유수식 ( 自然流水式 ) 여과설비

본 발명에 따른 자연친화적으로 설계된 초기우수 처리장치의 우수처리설비(1)에서 여과처리된 처리수는 유출관(31)을 수단으로 하여 외부, 선택하기로 자연유수식 여과설비(4) 내로 유입된다.

자연유수식 여과설비(4)는 분배관(41)과, 유출관로(42), 시트층(43), 다공성 여재(44), 및 식생층(45)으로 이루어진다. 분배관(41)은 유출관(31)에서 길이연장되어 우수처리설비(1)에서 여과된 처리수를 자연유수식 여과설비(4)로 안내한다. 처리수는 분배관(41)에 형성된 다수의 구멍을 통해 밖으로 분출되되, 분배관(41)은 다공성 여재(44)로 둘러싸여 있다.

여기서, 다공성 여재(44)는 우수처리설비(1)에 사용된 다공성 여재와 동일한 여과작용을 수행한다. 분배관(41)에서 분출된 처리수는 다공성 여재(44)를 지나면서 또 다시 여과되고 주변으로 확산된다. 주변으로 퍼져나간 처리수의 일부는 유출관로(42)를 통해 외부 수계로 여러 번에 걸쳐 여과된 청정한 우수를 내보낼 수 있다.

유출관로(42)는 분배관(41)에서 흘러내린 처리수를 용이하게 집수할 수 있게 분배관(41) 아래에 위치되는 것이 바람직하다.

자연유수식 여과설비 하부에 시트층(43)을 펼쳐놓아, 분배관(41)으로 안내된 처리수가 자연유수식 여과설비(4)를 제외하고 다른 구조물 속으로 불필요하게 흡수되는 것을 방지할 수 있다. 필요에 따라, 본 발명의 자연유수식 여과설비는 시트층(43)을 생략하여 우수 처리수를 지하로 침투시켜 지하수의 보충용으로도 사용할 수 있도록 되어 있다.

자연유수식 여과설비(4)를 친환경적 혹은 자연친화적으로 조성하기 위해서, 다공성 여재(44) 위에 식생층(45)을 별도로 구비한다. 이 식생층(45)은 도시되었듯이 다공성 여재(44) 위에 식생토와 다양한 식재(植栽)를 갖춘 식생물로 이루어진다. 자연유수식 여과설비(4)에 심어진 식생물들은 분배관(41)에서 분출된 처리수를 물 공급원으로 한다.

자연유수식 여과설비(4)에 사용될 다공성 여재(44)는 10~50mm 정도의 크기를 갖는다. 또한, 시트층(43)은 임의의 정해진 수로를 제외한 다른 지역 혹은 구조물로 흡수되는 것을 방지하도록 방수시트 혹은 다짐공정을 거친 벤토나이트로 이루어 진다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 초기우수 처리장치의 개략적인 단면도이다.

도 1에 도시된 본 발명의 제1실시예는 도 2에 도시된 본 발명의 제2실시예에서 격벽(15')을 관통해 뻗은 도관(22)을 추가로 구비하는 것을 제외하고는 유사하다. 따라서, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성부재에 대한 설명은 여기서 배제할 것이다.

본 발명의 제2실시예는 유입조(10)와 여과조(20)를 구획하는 격벽(15')을 구비하되, 이는 제1실시예의 격벽(15)과 약간의 구조적 차이를 보인다. 제1실시예에 따른 격벽(15)은 상부(예컨대, 개방부(151))를 개방하여 유입조(10)에 채워진 우수가 격벽(15)을 범람하여 여과조(20)로 유동화시키는 반면에, 제2실시예의 격벽(15')은 유입조(10)와 여과조(20)를 확실하게 차폐하고, 격벽(15')을 관통하는 도관(22)을 통해 유입조(10)와 여과조(20)를 상호유체연통할 수 있게 한다. 다시 말하자면, 분배관(22)을 매개로 하여 우수 혹은 역세척수가 유입조(10)와 여과조(20) 사이를 이동할 수 있는 통로를 제공하는 것이다.

도관(22)은 여과지(21) 보다 높게 위치되는 것이 바람직하다.

특히, 도관(22)은 높이조절가능하도록 되어 있는데, 이 높이조절은 당해분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려진 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 여기 첨부도면에서 도관(22)은 다수의 주름을 갖는 벨로우즈관 유형으로 되어 있어 높이조절을 할 수 있다.

이 도관(22)은 여과조(20)의 수두를 조절할 수 있을뿐더러 역세척수 배출시 도관(22)의 높이를 임의로 낮춤으로써 역세척수가 유입조(10)로 배출하기 위한 여과조(20)의 수두를 낮출 수 있다. 이러한 높이조절가능한 도관(22)은 여과시 도관(22)의 높이에 따라 여과조(20)의 수두 높이가 조절되는데, 수두가 높아지게 되면 여과조(20)를 관통하는 우수의 유속이 빨라지게 되어 처리속도를 향상시킬 수 있다. 즉, 도관(22)의 높이조절을 통해 우수의 처리속도를 제어할 수 있다. 이와 반대로, 역세척시 도관(22)의 높이를 최대한 낮추게 되면 여과지(21)를 관통해 올라온 역세척수가 낮게 배열된 도관(22)을 따라 유입조(10)로 이송하게 된다. 이로 인해 역세척수의 공급량을 최소화시킬 수 있는 장점을 제공한다.

도관(22)을 통해 여과조(20)로 안내된 1차 처리수는 제1실시예와 동일한 여과공정을 거쳐 자연유수식 여과설비(4)로 유입된다.

여기서, 본 발명의 우수처리설비에 사용될 다공성 여재는 다공성 여재는 다공성 인조모래로서 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온(예컨대, 800~1,100℃)으로 가열하고 이를 냉각분쇄하여 입경은 3mm 이하이며, 건조시 용적밀도 0.4~0.6g/㎤, 수분포화시 1.3~1.8g/㎤이고, 공극률이 65~80%인 다공성 입상체 여재를 수질정화용으로 사용한다.

본 발명의 자연유수식 여과설비에 사용될 다공성 여재는 다공성 발포자갈로서 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온(예컨대, 800~1,100℃)으로 가열하고 이를 냉각분쇄하여 건조시 용적밀도 0.4~0.6g/㎤, 수분포화시 1.3~1.8g/㎤이고, 공극률이 65~80%이며, 입경이 10~50mm인 다공성 입상체 여재를 수질정화용으로 사용한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 초기우수 처리장치략적인 단면도로, 도면에 표시된 실선 화살표는 유입관(11)로 유입된 우수의 처리공정을 따라 유출관(31) 및/또는 유출관로(42)로 이동하는 경로를 보여주고 있는 한편, 점선 화살표는 역세척수의 유입과 이의 배출에 대한 경로를 도해한 것이다.

본 발명은 상세한 설명에 국한되지 않고 아래의 청구범위의 범주 내에서 변형과 변경이 가능함을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자연친화적으로 설계된 초기우수 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 자연친화적으로 설계된 초기우수 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 ----- 우수처리설비,

4 ----- 자연유수식 여과설비,

10 ----- 유입조,

20 ----- 여과조,

30 ----- 배출조.

Claims (8)

1. 우수의 유입을 돕는 유입관(11)과 이 유입관(11)에 근접하게 위치된 협잡물제거용 스크린(12)을 구비하고, 상기 유입관(11)으로 유입된 우수를 집수하는 유입조(10)와; 상기 유입조(10)와는 격벽(15')으로 구획되며, 상기 격벽(15') 상으로 우수의 유동통로를 제공하고, 다공성 여재로 충전된 여과지(21)를 바닥면과 평행하게 이격되어 배치하는 여과조(20); 및 상기 여과조(20)와 격벽(25)으로 구획되며, 상기 격벽(25) 아래로 우수의 유동통로를 제공하고, 역세척수를 공급하는 역세척수 공급관(32)과 여과처리된 우수를 외부 수계로의 배출을 돕는 유출관(31)을 구비한 배출조(30);로 구성된 여과처리설비(1)와,

   상기 유출관(31)에서 길이연장된 분배관(41)과; 상기 분배관(41) 아래에 배치된 유출관로(42); 및 상기 분배관(41)과 유출관로(42) 둘레에 위치된 다공성 여재(44);으로 구성된 자연유수식 여과설비(4)로 이루어지고,

   상기 유입조(10)와 여과조(20)를 사이에 구획하는 상기 격벽(15')에는 상기 유입조(10)와 여과조(20) 사이로 상호유체연통할 수 있는 도관(22)를 구비하는 자연친화적으로 설계된 초기우수 처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유입조(10)와 배출조(30) 하부에 배출관(13,33)을 각각 구비하는 초기우수 처리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 여과지(21)는 상기 격벽(15',25) 사이에 배치된 지지대(211)와; 이 지지대(211) 상에 배치된 하나 이상의 와이어 메쉬(212); 굵은 모래층(213); 및 다공성 여재(214);로 배열되는 초기우수 처리장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 도관(22)은 높이조절가능하도록 설계되어 있는 초기우수 처리장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 자연유수식 여과설비(4)는 식생토와 식생물로 이루어진 식생층(45)을 구비하는 초기우수 처리장치.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 상기 자연유수식 여과설비(4)의 바닥면에 시트층(43)을 추가로 구비하는 초기우수 처리장치.

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