KR101268665B1 - 연속함몰 여과장치 및 이를 이용한 입체여과시설 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염수를 입자상 여재를 사용하여 여과하는 하향류 여과시설에서 다방향 공극상자를 이용하여 정화공간의 바닥면적보다 넓은 여과면적을 확보하는 연속함몰 여과장치 및 이를 이용한 입체 여과시설에 관한 것으로서, 그 구성은 오염수질을 정화하는 여과장치에 있어서,
여과장치는
소정 면적을 갖는 내부공간에 입자상 여재로 충진되는 여재층과;
상기 여재층에 소정의 간격과 열로 배열되어 상부면이 개방되고 상단부가 여재층의 표면과 동일한 수평높이 또는 돌출상태로 매립되는 공극상자와;
상기 공극상자의 측면부 둘레에 감싸져서 고정되는 공극망;으로 마련되어 오염수의 여과면이 여재층의 바닥면적과 공극상자의 측면부 둘레 전체의 수직면적이 더해져서 바닥면적보다 넓은 여과면적을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다,
이에 의해 본 발명은, 입자상 오염물질이 포함된 오염수를 여과함에 있어서 바닥면적보다 더 넓은 여과면적을 확보하여 유지관리빈도를 낮추며, 구조가 간단하여 제작비용과 설치비용을 낮추면서 유지관리 비용도 낮출 수 있는 것이다.

Description

연속함몰 여과장치 및 이를 이용한 입체여과시설{FILTERING DEVICES HAVING CONCATENATED THINGS WITH FILTER LAYER}

본 발명은 오염수를 입자상 여재를 사용하여 여과하는 하향류 여과시설에서 다방향 공극상자를 이용하여 정화공간의 바닥면적보다 넓은 여과면적을 확보하는 연속함몰 여과장치 및 이를 이용한 입체 여과시설에 관한 것으로서,

좀더 자세히 설명하면, 연속함몰 여과장치는 일정 크기의 공간에 적당한 깊이로 입자상 여재를 충진한 하향류 여과시설을 형성함에 있어서 상부면이 개방된 다수개의 다방향 공극상자를 여재층에 수평높이 또는 돌출상태로 묻어서 여재층 표면을 분획된 다수의 수평면과 수직면으로 구성한 여과장치이며,

이를 이용한 입체 여과시설은 다양한 형태 및 재질로 형성된 그릇 형태의 저류구조물 바닥에 여과수 집배수시설을 설치하고 그 위에 여재층을 추가하거나 여재층 추가없이 연속함몰 여과장치를 설치하여 오염수를 여과하는 여과시설에 관한 것이다.

개발지역에서 발생하는 비점오염물질이 포함된 오염수, 오염된 빗물과 하천수, 각종 함수 슬러지 및 세척수, 공사현장 오염수 등 개발 및 인간의 활동에 의하여 산재된 장소에서 다발적으로 발생하는 입자상 오염물질이 포함된 오염수를 공공수역의 수질보전 및 용수확보를 위하여 무동력으로 쉽게 정화할 수 있는 기술이 필요하다.

이러한 기술은 상기 오염수들의 수질특성을 고려할 때 여과방법이 가장 효과적이다.

여과는 수질정화 효과가 높고 안정된 기술이며 부지요소가 적은 기술이나 여과가 지속되면 폐색되어 막히므로 막힌 공극을 청소 등으로 회복시켜야 한다.

현재 일반적으로 많이 사용하고 있는 여과방법은 모래 등의 입자상 여재를 사용하는 여과방법이며 이들 방법에는 국내등록특허 제10-0437076호에 게재된 바와 같이 모래를 수평형태로 설치하는 수평 모래 여과시설과, 국내등록특허 10-0546061호에 게재된 바와 같이 원통형태의 여과기에 입자상 여재를 충진하여 원통의 측면으로 여과하는 원통형 여과시설이 있다.

수평모래 여과시설에는 전기를 사용하여 수돗물을 생산하는 정수장 같은 대규모시설이나 압력탱크를 사용하는 소규모 여과시설이 있으며 전기를 사용하지 않는 완속사 여과시설이 있다.

그러나 이들 시설은 바닥면적에 해당하는 여과면적을 가지므로 바닥면적보다 넓은 여과면적의 확보가 어렵고 전기를 사용하는 대규모 시설에서는 중력으로 여과하나 역세척 작업시 전기를 사용하며 압력탱크시설에서는 높은 압력 확보와 역세척작업을 위하여 전기를 사용해야하므로 이를 위한 장치가 복잡하고 시설의 유지관리도 어렵다.

또한, 역세척 작업으로 발생하는 슬러지가 포함된 오염수를 별도로 수집하여 탈수 처리해야 하는 등의 문제점들이 있으며 한편 완속사 여과시설은 낮은 여과속도를 유지하면서 통상 6개월 정도 사용한 후 여과를 중지하여 배수시킨후 모래층위에 쌓인 오염물질과 모래층의 일부를 준설하고 새 모래를 충진하는 시설이나 여과속도가 상수도 정수장 여과시설의 약 1/30로 매우 낮아서 실용성이 적어서 요즘은 사용되지 않고 있다.

또한, 원통형 여과시설은 주로 전기를 사용하지 않는 소규모 비점오염원 정화시설로 많이 사용하는 여과시설로서 정교한 구조를 갖는 다수의 여과기가 바닥위에 노출된 상태로 각각 설치되므로 여과기 제작비용과 설치비용이 많이 소요되고 각 여과기마다 필요한 접합 및 결속부가 많아서 이것이 불량할 경우 이곳을 통하여 오염수가 여과되지 않고 배출된 가능성이 있으며 유지관리 작업시 여재교환 작업이 어렵고 여과기 구조체에 비하여 값싼 여재의 총 사용량이 전체 공간에 비하여 적어 공간활용도가 떨어져 여과효과가 적어지는 등의 문제점들이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 입자상 오염물질이 포함된 오염수를 여과함에 있어서 바닥면적보다 더 넓은 여과면적을 확보하여 유지관리빈도를 낮추며, 구조가 간단하여 제작비용과 설치비용을 낮추면서 유지관리 비용도 낮출 수 있는 여과장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 바닥면적보다 더 넓은 여과면적을 가진 여과장치를 저류구조물에 적용시킴으로써 오염된 수질을 정화하기 위한 어느 저류지에도 구애받지 않고 간편하게 설치가 가능하므로 활용도를 더 높일 수 있는 여과시설을 제공하는데 있다.

상기 목적은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 오염수질을 정화하는 여과장치에 있어서, 여과장치는,

소정 면적을 갖는 공간에 입자상 여재(12)로 충진되는 여재층과;

상기 여재층에 소정의 간격과 열로 배열되어 상부면이 개방되고 상단부가 여재층의 표면과 동일한 수평높이 또는 돌출상태로 매립되는 공극상자(30)와;

상기 공극상자(30)의 측면부 4방향 둘레에 감싸져서 고정되며, 상기 공극상자(30) 내부로 유입된 오염수를 공극상자(30)의 수직 측면부로 여과되도록 하는 공극망(35);을 포함하는 연속함몰 여과장치(10)에 의해 달성된다.

여기서, 상기 입자상 여재(12)와 공극망(35)이 설치된 공극상자(30)를 수용할 수 있게 내부에 공간이 마련되도록 외부 둘레에 벽체가 형성되며 상,하부가 개방된 여재충진구조체(11)를 더 포함할 수도 있다.

상기 여재충진구조체(11)는 하부에 유공판 또는 격자망 형태의 지지대(26)가 형성된 하부면을 더 포함할 수도 있다.

상기 여재충진구조체(11)는 고강도 및 내부식성을 가진 콘크리트, 스테인레스판, 플라스틱판, 유리 섬유판 및 복합소재판 소재 중에서 어느 하나를 선택하여 적용할 수 있다.

상기 여재층은 모래, 가네트, 규조토, 산호초, 자갈, 쇄석, 제올라이트, 조개껍질, 활성탄, 펄라이트, 인공제올라이트, 플라스틱 볼, 점토볼, 목편, 나뭇잎, 왕겨, 폐콘크리트 조각, 슬러지소성볼, 폐플라스틱 조각, 2가지 이상의 재료가 사용된 복합여재, 코팅여재, 부직포, 직포, 여과망의 여재 중에서 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.

상기 공극상자(30)는 직육면체구조에서 내부가 빈 통의 측면부 전후좌우 및 상부와 하부의 6방향면 중 상부면이 개방되고 전후좌우의 4방향면이나 바닥면을 포함한 5방향면, 또는 수로형태로 양측면의 2방향면이나 양측면 사이 직각면의 3방향면에 공극망(35)을 설치할 수 있다.

상기 공극망(35)은 합성섬유망, 플라스틱망, 스텐레스망 중 어느 하나 이상을 선택하여 마련될 수 있다.

한편, 상기 목적은, 본 발명의 또다른 실시예에 따라, 그릇 형태의 저류구조물(21)과; 상기 저류구조물(21) 내에 수용되며, 입자상 여재(12)와 측면부 둘레를 공극망(35)으로 감싸진 공극상자(30)로 이루어진 연속함몰 여과장치(10)와; 상기 저류구조물(21) 바닥에 설치되는 여과수 집배수시설(22);을 포함하는 입체여과시설(20)에 의해서 달성된다.

또한, 입자상 여재(12)로 충진된 여재층과, 측면부 둘레를 공극망(35)으로 감싸진 공극상자(30)와 상기 여재와 공극상자(30)를 수용하는 상하부가 개방된 여재충진구조체(11)로 마련된 상기 연속함몰 여과장치(10)에 있어서, 상기 여재충진 구조체(11)를 여과수 집배수시설(22)위에 안치시킨 다음 내부에 여재(12)를 충진하여 마련되는 입체여과시설(20)에 의해서 달성된다.

또한, 입자상 여재(12)로 충진된 여재층과, 측면부 둘레를 공극망(35)으로 감싸진 공극상자(30)와, 상기 여재와 공극상자(30)를 수용하는 여재충진 구조체에서 상부가 개방되고 하부에 유공판이나 격자망 형태의 지지대(26)를 마련한 다음 상기 지지대(26)위에 투수성 섬유인 부직포(23)를 깔고 상기 부직포(23) 위에 여재를 충진하는 한편, 하부에 여과수 집배수시설(22)을 설치하여 마련되는 입체여과시설(20)에 의해 달성된다.

상기 저류 구조물(21)은 토사구조물, 콘크리트 구조물, 스테인레스 및 철판 구조물, 플라스틱 구조물, 유리섬유 구조물, 복합소재 구조물, 도로측구 중에서 어느 하나를 선택하여 마련될 수 있다.

상기 여과수 집배수시설(22)은 바닥여재층(13) 하부에 설치되어 상부시설을 지지하고 여과수를 집수하여 배수시킬 수 있게 쇄석, 자갈, 유공관, 유공판, 부직포, 여과망, 격자망 형태의 지지대 및 집수블럭 중 어느 하나 이상을 선택하여 마련될 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 입자상 오염물질이 포함된 오염수를 무동력으로 여과함에 있어서,

첫째, 여재충진공간의 활용도가 켜져서 바닥면적보다 넓은 여과면적을 확보할 수 있으며,

둘째, 입자상여재와 다방향 공극상자만을 사용함으로서 구조가 간단하여 여과시설의 제작 및 설치비용이 절감되고

셋째, 접합부 및 결속부를 없애므로서 미여과수 유출가능성을 차단하고

넷째, 유지관리시 여과면적이 넓어서 유지관리빈도가 낮고, 또한 공극상자와 오염된 여재층을 함께 인발 준설하고 교체 설치함으로서 유지관리 작업이 쉬워서 유지관리 비용이 절감되며,

다섯째 비용이 저렴하여 다양한 장소에서 다양한 오염수에 대한 여과시설로 적용가능하며

여섯째, 넓은 접촉면적과 크고 작은 많은 수의 내부공극을 확보함으로서 습지, 어폐류 서식처 등 수중 생태공간으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 따른 연속함몰 여과장치의 평면도
도2는 도1의 'A-A' 단면도
도3은 본 발명의 따른 상대하소입도 여재층의 연속함몰 여과장치의 단면도
도4는 도1의 "가" 부분을 발췌 확대한 공극상자의 사시도
도5는 본 발명의 따른 콘크리트 저류구조물을 사용한 입체여과시설의 평면도
도6은 도5의 'B-B' 단면도
도7은 도6에서 상대중소하대 입도 여재층으로 이루어진 단면도
도8은 본 발명의 따른 철판 구조물을 사용한 이동식 입체 여과시설의 평면도
도9는 도8의 'C-C' 단면도
도10은 본 발명의 따른 부착식 경량 입체 여과시설의 평면도
도11은 도10의 'D-D' 단면도
도12는 본 발명의 따른 이동식 수중 입체 여과시설의 평면도
도13은 도12의 'E-E' 단면도
도14는 본 발명의 따른 토사저류 구조물 전체에 사용된 입체여과시설(20)의 평면도
도15는 도14의 'F-F' 단면도
도16은 본 발명의 따른 토사저류 구조물 일부분에 사용된 입체여과시설의 평면도
도17은 도16의 'G-G' 단면도
도18은 본 발명의 따른 저류지 바닥에 설치된 입체여과시설의 평면도
도19는 도18의 'H-H' 단면도
도20은 본 발명의 따른 도로측구에 설치된 입체여과시설의 평면도
도21은 도20의 'I-I' 단면도
도22은 도21에서 여재 준설후 단면도
도23은 본 발명의 따른 2열 입체여과시설의 평면도
도24은 도24의 'J-J' 단면도
도25는 본 발명에 따른 일실시예로 침전지뒤에 설치한 입체여과시설의 단면도
도26은 본 발명에 따른 일실시예로 입체여과시설 앞에 침사지와 스크린을 설치한 단면도
도27은 본 발명에 따른 일실시예로서 어패류 서식용으로 활용가능한 입체여과시설의 단면도
도28은 본 발명에 따른 일실시예로서 습지형태로 운영할 수 있는 입체여과시설의 단면도
도29는 본 발명에 따른 입체여과시설의 여과 상태를 나타낸 단면도

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 연속함몰 여과장치를 상세히 설명한다

도 1 내지 도 3에 도시된 바와같이, 연속함몰 여과장치(10)는 일정공간에 입자상 여재(12)와 다수의 공극상자(30)를 사용하여 만든 바닥면적보다 넓은 다여과면적의 하향류 여과장치로서, 토사, 콘크리트, 플라스틱판, 철판 등으로 전후좌우의 4방향면이 형성되고 바닥면이 여분의 여재층이나 여과수 집배수시설(22)로 지지되어 내부 공간을 갖는 여재충진구조체(11)에 모래, 제올라이트, 자갈 등의 입자상 여재(12)를 충진하고 여재층 속에 상부면이 개방된 다수의 공극상자(30)를 요철형태로 묻어서 여과표면이 수평 및 수직으로 연속된 함몰구조를 갖음으로써 바닥면적에 해당하는 분할된 수평표면(15)에 공극상자(30)로 형성된 다수의 수직표면(16)이 더해져 입체적 형상의 여과면을 확보하여 바닥면적보다 넓은 여과면적을 갖는 여과장치이다.

특히, 여재충진구조체(11)의 공간 전체에 여재(12)를 충진하고 공극상자(30)를 이용하여 입체적으로 여과면적을 확보함으로써 원형통 여과시설보다 경제적으로 공간활용도가 켜져서 원통형 여과시설보다 넓은 여과면적을 확보할 수 있는 여과시설이다.

연속함몰 여과장치(10)의 여재층 구성은 도2에 도시된 바와같이 같이 상부층에는 작은 입도의 여재를 사용하고 하부쪽으로 갈수록 큰 입도의 여재를 사용하는 상소하대 입도의 여재층과, 반대로 도3에 도시된 바와같이 상부층에는 큰 입도의 여재를 사용하고 하부층으로 갈수록 작은 입도의 여재를 사용하는 상대하소 입도의 여재층 구성방법이 있다.

연속함몰 여과장치(10)는 토사 등의 입자상 오염물질이 포함된 오염수가 유입하면 이를 토사가 여재층의 수평표면(15)이나 공극상자(30)의 바닥에 퇴적되고 오염수는 상등수 형태로 공극상자(30)의 수직표면(16)에서 여과됨으로써 퇴적물에 의한 여과방해가 적어 여과지속시간이 긴 시설이며, 사용기간이 경과되어서 여과능력이 저하되면 여재충진 구조체 내부의 입자상 여재(12)와 공극상자(30)를 외부로 반출하여 오염물질을 청소하고 제거하여 다시 설치하거나 새로운 것으로 교환설치하여 여과능력을 회복하는 여과장치이다.

연속함몰 여과장치(10)는 여재충진구조체(11) 내부에 입자상 여재(12)를 충진하고 여재층속에 상부면이 개방된 다수의 다방향 공극상자(30)를 여재층의 수평높이 또는 돌출상태로 묻어서 여재층 표면을 분획된 다수의 수평표면(15)과 수직표면(16)으로 형성한 여과장치로서 여재충진구조체(11)와 입자상여재(12) 및 다수의 공극상자(30)로 구성된다.

여재충진구조체(11)는 입자상여재(12)와 공극상자(30)를 연속함몰 형태로 수용하는 구조물로서 콘크리트, 스테레스판, 플라스틱판, 유리 섬유판 및 복합소재판 등 강도가 크고 부식이 잘 안되는 소재로 4각형 통이나 원통 형태로 만들되 이들 통은 일반적으로 하부와 상부는 개방하나 필요한 경우에는 다수의 유공이 형성된 하부면이나 복개된 상부면을 만들 수도 있다.

여재충진구조체(11)는 소규모일때는 단일구조물로 만드나 큰 규모에서는 분할 제작하여 현장에서 조립하는 조립식으로 만들 수 있으며, 토사구조물로서 지반을 절토하거나 제방을 축조하여 내부 공간을 여재충진구조체(11)로 사용할 수도 있다.

한편, 입체여과시설(20)은 연속함몰 여과장치(10) 하부에 여재층을 추가하거나 또는 여재층의 추가없이 여과수 집배수시설(22)을 설치한 하향류 여과시설로서 도 5와 도6에 도시된 바와같이, 저류구조물(21)과 연속함몰 여과장치(10) 및 여과수 집배수시설(22)로 구성되며, 연속함몰 여과장치(10)를 직접 이용하여 하부에 여과수 집배수시설(22)을 설치하여 만들거나 또는 커다란 저류구조물(21)에 작은 규모의 연속함몰 여과장치(10)를 설치하여 만든다.

입체여과시설(20)의 여재층 구성은 상부층에는 작은 입도의 여재를 사용하고 하부층으로 갈수록 큰 입도의 여재를 사용하고 공극상자(30)를 돌출되게 설치한 상소하대 입도의 여재층이 있으며, 이와는 반대로 도7에 도시된 바와같이 상부층에는 큰 입도의 여재를 사용하고 하부층으로 갈수록 작은 입도의 여재를 사용하되 여과수 집수를 위하여 작은 입도 여재층 밑에 다시 큰 입도의 여재를 사용하고 공극상자(30)를 수평높이로 설치한 상대중소하대 입도의 여재층 구성 방법이 있다.

입체여과시설(20)의 저류구조물(21)은 연속함몰 여과장치(10), 여과수 집배수시설(22) 및 오염수를 수용하는 시설로서 토사구조물이나 콘크리트, 스테인레스재, 철재 및 플라스틱, 유리섬유, 복합소재 등 다양한 재질로 만들 수 있으며 소규모 입체여과시설(20)에서는 연속함몰 여과장치(10)의 여재충진구조체(11)를 이용하여 저류구조물(21)로 사용한다.

입체여과시설(20)에는 도14와 도15에 도시된 바와같이 저류구조물(21)을 여과장치의 여재충진구조체(11)로 활용하는 전체 입체여과시설과, 또는 도16과 도17에 도시된 바와같이 저류구조물(21) 내부에 별도의 작은 크기의 연속함몰 여과장치를 설치하는 부분입체여과시설이 있으며, 또한 도8 내지 도13에 도시된 바와같이 경량의 소규모 시설로서 철판이나 플라스틱 판들로 여재충진구조체(11)와 저류구조물(21)을 붙여서 함께 만든 전체 입체 여과시설 형태의 이동식, 부착식 및 수중 입체 여과시설이 있다.

도5와 도6에 도시된 것은, 콘크리트 저류구조물(21) 전체를 여재충진구조체(11)로 사용한 전체 입체여과시설(20)로써 상소하대입도 여재층 구성을 나타낸 예이며, 도14와 도15에 도시된 것은 토사저류구조물(21a) 전체를 여재충진체로 사용한 전체 입체 여과시설의 상소하대입도 여재층구성 예이다.

또한, 도16과 도17에 도시된 것은 토사저류구조물(21a)에 소규모 연속함몰여과장치가 설치된 부분 입체 여과시설의 예로서, 토사저류구조물(21a) 내부 전체는 상소하대 여재층 구성으로 하나 연속함몰 여과장치(10)는 상대하소 여재층으로 구성하여 유지관리작업시 토사저류구조물(21a)의 여재층 표면준설보다 연속함몰여과장치(10)의 여재를 쉽게 교환하여 여과기능을 유지할 수 있는 시설이다.

이 시설에서는 여과수 집수정(24)을 설치하여 월류ㆍ방류시키면 대부분의 여재층이 방류수위 아래에 침수상태가 되어 침수 여재층에서 미생물접촉에 의한 용해성유기물질의 분해효과를 얻을 수 있으며 필요시 저장된 여과수를 각종 용도에 사용할 수 있다.

도8과 도9에 도시된 것은 소규모 전체 입체여과시설(20)로서 차량에 탑재하여 용수처리 및 슬러지 탈수 등을 할 수 있는 이동식 저장 입체여과시설(20)의 예로서 얇은 스테인레스판 등을 사용하여 저류구조물(21)을 만들고 내부에 펌프 등으로 공급하는 유입수의 낙하에너지 감소벽(25)을 설치하고 하부에 격자망 형태의 지지대(26)나 집수블럭 및 부직포(23)를 사용하여 상소하대 여재층을 형성한 것이다.

도10과 도11에 도시된 것은 교량, 건물 등에 부착하는 부착식 경량 입체여과시설(20)의 예로서 바닥에 여과수 유출 유공관(22a)을 깔되 유공관(22a)을 부직포(23)로 감싸고 그 상부에 모래보다 입도가 큰 여재를 충진한 상대하소입도 여재층 구성의 시설이다.

도12와 도13에 도시된 것은 연못, 저수지, 하천 등 정체수역의 수중에 설치하여 펌프로 여과수를 양수하는 이동식 수중 입체여과시설(20)의 예로서 하부에 격자망 형태의 지지대(26)나 집수블럭 및 부직포(23)를 사용하여 상소하대 여재층을 형성하고 집수된 여과수를 양수할 수 있는 펌프정(27)을 수위 상부까지 설치한 시설이다.

입체여과시설(20)에서 여재층의 구조, 형성방법 및 오염물질 여과특성을 설명하면 다음과 같다.

입체여과시설(20)은 저류구조물(21) 바닥 또는 여재충진구조체(11) 하부에 먼저 여과수 집배수시설(22)을 설치하고 그 위에 입자상여재(12)로 일정두께의 바닥여재층(13)을 포설하고 여재충진구조체(11)가 있는 경우 구조체 하부에 바닥여재층(13)을 포설하여 바닥여재층(13) 위에 다수의 공극상자(30)를 개방부가 상부를 향하도록 하여 배열이 균등한 간격으로 또는 필요한 위치에 배치하고 공극상자(30) 사이에 입자상 여재(12)를 충진하여 분할된 다수의 수직벽여재층(14)과 바닥여재층(13)을 형성하여 완성한다.

수직벽여재층(14)이나 바닥여재층(13)에 사용하는 여재는 여과장치의 사용목적, 유입수의 특성, 여과 정도, 여재 특성 등에 따라서 단일여재나 2종류 이상의 여재를 사용한다.

사용가능한 여재의 종류는 모래, 가네트, 규조토, 산호초, 자갈 등의 천연여재, 쇄석, 제올라이트, 조개 껍질 등의 분쇄 선별 여재, 활성탄, 펄라이트, 인공제올라이트 등의 흡착성여재, 플라스틱 볼, 점토볼 등의 성형소성여재, 목편, 나뭇잎, 왕겨 등의 식물성 여재, 폐콘크리트 조각, 슬러지소성볼, 폐플라스틱 조각 등의 재활용 여재, 2가지 이상의 재료가 사용된 복합여재, 코팅여재 등을 입도별로 선별한 입자상 여재와 투수성이 있는 부직포, 직포, 여과망 등의 섬유상 여재가 있다.

이들 여재는 입도나 공극의 크기에 따라서 물리적 여과효율이 결정되므로 수직벽여재층(14)이나 바닥여재층(13)에 모래와 같이 입도가 작은 여재를 사용하면 미세한 입자상 오염물질까지 여과되어 유출수질은 좋으나 표면여과가 되어서 여과지속시간이 짧아지며, 모래보다 큰 입도의 여재를 사용하면 여과지속시간은 길어지나 미세한 입자상오염물질은 여재층을 통과하므로 이들을 포획하기 위하여 바닥여재층(13)에 모래층 등 입도가 작은 여재층을 포설하거나 부직포(23) 등을 포설하여 이층에서 미세한 입자상 오염물질을 포획하는 심층여과가 되도록 다층 여과층을 형성한다.

이와 같은 입체 여과시설에서 수직벽여재층(14)이나 바닥여재층(13)을 표면여과 또는 심층여과가 되도록 여재층을 형성하는 방법은 다음과 같다.

먼저 집배수층 위에 여과수 저장을 위한 여분의 여재층을 추가 설치하거나 아니면 집배수층 위에 바로 바닥여재층(13)을 평탄하게 포설하고 공극상자(30)를 올려놓고 각 상자 사이를 여재로 채워서 다수의 수직벽여재층(14)을 형성함에 있어서 입자상 여재(12)의 입도를 구분하여 입도별로 충진하되 표면여과를 위한 여재층 형성에서는 위쪽(표면)부터 아래쪽(내부)으로 가면서 입도가 커지는 상소하대형태로 충진하고 심층여과를 위한 여재층 형성에서는 위쪽은 입도가 크고 중간층은 작으며 그 하부층을 다시 입도가 커지는 상대중소하대 형태로 입자상 여재(12)를 충진한다.

즉, 상소하대 여재층에서는 바닥부터 큰 입자를 충진하는 방법으로서 집배수층위에 집배수층으로 빠지지 않을 크기의 입도를 갖는 여재를 충진하고 그 위에도 이와 같은 방법으로 여재의 입도를 조절하여 다층으로 포설하면서 최상류층 표면에 입도가 작은 모래층을 포설한다.

이때 모래층 밑에 부직포(23)를 포설하면, 모래의 하부유출을 차단하여 부직포(23) 밑에 비교적 큰 입도를 갖는 여재를 충진할 수도 있다.

상대중소하대 여재층에서는 표면에는 큰 여재를 사용하고 하부로 갈수록 작은 여재를 사용하며 작은 여재층 밑에 작은 여재의 이탈을 방지하면서 집수할 수 있도록 큰 여재를 포설하는 방법으로서 집배수시설(22)위에 큰 여재를 포설하고 그 위에 모래층이나 부직포(23)를 포설하고 그 위에 수직벽여재층(14)이나 바닥여재층(13)으로서 큰 입도의 여재를 사용한다.

이때 수직벽여재층(14)의 상하길이를 나누어 상부쪽에 더 큰 여재를 충진하고 하부쪽에 이보다 작은 여재를 충진하면 수직벽여재층(14)에 많은 공극이 확보되어 여과지속시간이 더 길어진다.

또한, 수직벽여재층(14)에서 수평방향으로 오염수가 접하는 양쪽 표층에 입도가 큰 여재를 충진하고 내부에 작은 입도의 여재를 충진하거나 또는 원활한 여과수 집수를 위하여 유공관(22a)이나 부직포(23)를 설치할 수도 있다.

이 방법을 상소하소입도 여재층에 적용하면 표층만 아니라 여재층 내부에서도 조밀한 입도에 의한 요철 구조를 형성함으로서 입자상오염물질을 최종 포획하는 여과층 여과면적이 넓어져 여과지속시간이 길어진다.

도29에 도시된 것은 입체여과시설(20)의 여과 상태를 나타낸 단면도로써 연속함몰 여과장치(10)에 오염수가 유입하면 초기에는 여재층 상부 바닥면을 통하여 여과가 일어나고 유입유량이 증가하면 공극상자(30) 내부로 흘러 들어가 바닥여재층(13)과 수직벽여재층(14)에서 여과가 일어난다.

이때 협잡물, 토사 등 비중이 큰 오염물들은 여과시설의 바닥에 퇴적되고 유량이 증가하면서 공극상자(30)로 유입하여 상자내부 바닥에 퇴적하므로 여재층 상부 바닥면이나 공극상자(30)의 바닥을 통한 여과량은 점차 줄어들게 되며 대부분의 오염수는 공극상자(30)의 수직벽여재층(14)을 통하여 여과된다.

오염수에 포함된 입자상 오염물질은 바닥여재층(13)이나 수직벽여재층(14)에서 물리적 여과, 침전, 흡착 작용으로 여과되며 용해성 오염물질은 여재층에서의 흡착 및 습윤 상태에서 생물학적 분해 작용 등으로 정화된다.

따라서 본 발명에서 도17과 같이 여과수 집수정(24)을 설치하여 하부여재층과 집배수시설(22)의 쇄석층을 침수상태로 유지시키면 입자상 오염물질은 물론이고 용해성 오염물질도 상당량 제어할 수 있다.

도4에 도시된 바와같이 다방향 공극상자(30)는 직육면체구조에서 내부가 빈 통의 전후좌우 및 상부와 하부의 6방향면 중 상부면이 개방되고 전후좌우의 4방향면이나 바닥면을 포함한 5방향면, 또는 수로형태로 양측면의 2방향면이나 양측면사이 직각면의 3방향면을 공극망(35)으로 형성한 상자로서 여재층에 묻힌 상태에서 공극망(35)을 통하여 오염수를 여과하고 내부 공간(36)에 입자상 오염물질을 저장하는 상자이다.

공극상자(30)는 평면적으로 볼 때 삼각통, 4각통, 5각통 등의 다각통이나 원통, 반원통, 타원통 등 다양한 형태로 만들 수 있으며, 또한 단면적으로 볼 때 용도와 기능에 따라서 위와 아래 넓이가 같은 수직형 공극상자와 상부가 넓은 역사다리꼴 공극상자, 하부가 넓은 사다리꼴 공극상자가 있으나 넓은 여과면적 확보와 경제성, 현장 적용성 등을 고려하면 길쭉한 직육면체 형태가 활용성이 크다.

공극상자(30)는 육면체구조에서 상부면을 제외한 전후좌우의 4방향 면이나 바닥면을 포함한 5방향면 또는 마주선 양쪽의 2방향면이나 3방향면에 공극망(35)을 형성된 상자로서 육면체의 골격을 유지하는 외곽골조(34a)와 각면의 공극망(35)을 지지하는 면골조(34b)로 구성되며 공극상자(30) 골조(34)에 여과망 역할을 하는 공극망(35)을 형성하여 만든다.

외곽골조(34a)와 면골조(34b)는 공극상자(30)의 형태를 유지하기 위한 것으로서 형태와 크기는 다양하게 만들 수 있으며 강도가 크고 부식이 잘 안되는 금속재나 플라스틱 등의 파이프, 봉, 앵글 등을 사용하고 공극망(35)은 여과망 형태로 골조와 함께 제작하여 일체화시키거나 또는 골조와 분리하여 별도의 여과망을 제작하여 골조외부에 부착한다.

면골조(34b)는 일반적으로 격자형태 또는 막대형태로 설치하되 면골조(34b)의 간격이 넓고 별도의 여과망을 공극망(35)으로 사용할 때에는 유연한 여과망을 지지하도록 별도의 보조 격자판 등을 사용하면 좋다.

공극망(35)의 개공율은 클수록 좋으며 망목크기는 충진여재의 크기에 따라서 여재가 빠지지 않도록 여재크기보다 작게하며 망목형태는 격자형, 원형, 복합형 등 다양한 형태가 적용가능하다.

별도의 여과망을 부착할 경우 4방향 공극상자에서는 외곽골조(34a) 외부에 다수의 공극망(35) 고정 돌기침을 형성하고 여과망을 길쭉하게 만들어서 전후좌우의 4방향면에 돌기침을 이용하여 여과망을 연속하여 둘러쳐서 고정하고 끝부분은 끈으로 묶는 등의 방법으로 마감하며, 5방향 공극상자에서는 여과망을 네모난 포대형태로 만들어 골조를 포대에 삽입하여 5방향 공극상자를 만든다.

별도의 공극망(35)은 합성섬유망, 플라스틱망, 스텐레스망 등 얇고 유연하고 질긴 재질의 여과망으로서 골조(34)와 같은 재질 또는 다른 재질을 사용한다.

공극상자(30)의 형태와 크기는 사용 여재의 종류, 여과시설의 기능 및 목적, 설치비용, 이용가능 수위차 등에 따라서 제작한다.

일반적으로 길쭉하고 넓적한 형태의 수직형 직육면체를 사용하되 단위공간에서 많은 공극상자(30)를 설치할수록 여과면적이 넓어지므로 공극상자(30)의 높이와 길이는 크고 폭은 적게하는 것이 유리하나 폭이 좁으면 내부에 오염수나 토사 및 협잡물의 저장량이 줄어들게 되며 높이는 유입수와 방류수의 수위차 등에 영향을 받으므로 이들을 고려하여 결정한다.

또한, 설치면적이 넓을 때에는 공극상자(30)의 길이가 길면 설치가 쉬우므로 설치용이성, 제작비용 등을 고려하여 공극상자(30)를 외곽부 3방향 공극상자, 중앙부 2방향 공극상자(30)로 분할하거나 각 벽면을 분할하여 조립식으로 제작하여 현장에서 조립하여 설치한다.

그러나 공극상자(30)는 여재속에 묻히고 상부에 수위가 형성되어 토압과 수압이 가해지고 유지관리시 사람이나 장비가 올라갈 수 있으므로 이들에 견딜수 있도록 튼튼하게 제작 설치하여야 한다.

입체여과시설(20)에서 공극상자(30) 설치방법을 설명하면 다음과 같다.

저류구조물(21) 바닥에 먼저 집배수시설(22)을 설치하고 그 위에 바닥여재층(13)을 상부가 평탄하게 수평으로 포설하고 이 바닥여재층(13)위에 다수의 공극상자(30)를 적당한 간격으로 필요한 위치에 개방면이 상부가 되도록 안치하고 각 공극상자(30) 사이를 입자상 여재(12)로 충진한다.

이때 각 공극상자(30) 사이 공간에 입자상여재를 충진함에 있어서 공극상자(30)가 정해진 자리를 이탈하지 않도록 다음과 같이 손으로 잡거나 벽체에 걸거나 임시 고정기 등에 고정하는 방법 등을 사용한다.

소규모 여과시설에서는 공극상자(30)를 하나씩 손으로 잡고 여재를 충진하거나 또는 공극상자(30)의 위쪽으로 돌출걸이(37)를 부착하여 여재충진구조체(11)의 양쪽 벽체 상부에 공극상자(30)를 걸어놓아 공극상자(30)가 바닥여재층(13)에서 약간 뜬 상태에서 여재를 충진한다.

대규모 여과시설에서는 정확한 위치선정과 설치시간 단축을 위하여 상자 고정 덮개를 사용하면 좋다.

상자고정 덮개는 막대기나 격자형태의 덮개로써 길거나 넓게 만들어 여러 개의 공극상자(30)를 동시에 고정하는 것으로서 이를 위하여 덮개에 공극상자(30)의 배치 간격으로 구멍을 뚫거나 꼭지를 만들고 또 공극상자(30)의 꼭대기에도 덮개와 대응하는 각 위치에 덮개와 상반되는 꼭지를 달거나 구멍을 뚫어서 공극상자(30)의 꼭지와 덮개의 구멍을 결합하거나 또는 공극상자(30)의 구멍과 덮개의 꼭지를 결합하여 핀을 꽂는 등의 방법으로 공극상자(30)와 덮개를 결속한다.

이 작업은 수평한 바닥여재층(13)위에 공극상자(30)를 안치하고 상자위에 상자고정 덮개를 설치하거나 또는 바닥여재층(13)을 완전히 포설하지 않은 상태에서 상자설치 위치와 약간 떨어진 양쪽 지점에 임시 기둥을 설치하고 외부에서 다수의 공극상자(30)들을 덮개로 결속한 공극상자(30) 덩어리를 만들어 이 공극상자(30) 덩어리를 임시기둥에 매달린 상태로 고정하고 여재를 충진하면서 임시기둥을 제거한다.

여과수 집배수시설(22)은 바닥여재층(13) 하부에 설치되어 상부시설을 지지하고 여과수를 집수하여 배수시키는 시설로서 쇄석, 자갈, 유공관, 유공판, 부직포, 여과망, 격자망 형태의 지지대 및 집수블럭 등을 이용하여 상부여재의 유출을 막으면서 여과수를 집수하여 저장하고 배수시키기 위한 시설이다.

여과수 집배수시설(22)은 여재층 바닥면 전체에 대하여 여재층을 통과한 물이 원활이 집수되고 배수 시킬수 있는 구조로 설치하되 일반적으로 집수블럭을 사용하거나 쇄석과 유공관(22a)을 사용하나 쇄석 대신에 부직포(23)를 사용하거나 유공관(22a)없이 쇄석층만으로도 만들 수 있으며 쇄석층을 두껍게 설치하면 공극내 여과수 저장량이 많아진다.

여과시설은 오염물질이 쌓여 여과속도가 줄어들면 유지관리를 하여 여과속도를 회복하여야 한다.

본 발명에서의 유지관리 작업은 오수유입이 정지되고 여재층 표면수가 배수되어 퇴적슬러지(28)가 탈수된 후 인력이나 포크레인 등의 장비를 이용하여 공극상자(30)를 빼내고 퇴적슬러지(28)와 오염된 여재를 오염된 깊이까지 준설하고 공극상자(30)를 청소하고 새 여재를 준비하여 연속함몰 여재층을 다시 조성한다.

빼낸 공극상자(30)는 공극망(35)을 물로 세척하여 다시 사용하며 잘 세척되지 않거나 파손된 것은 새로운 공극상자(30)로 교체하며 공극망(35)이 분리되는 것은 공극망(35)을 분리하여 청소하거나 새로운 망으로 교체한다.

오염된 여재 준설작업을 여재층이 충분히 배수된 후에 하여야 준설작업이 용이하며 여재층 교란없이 오염된 여재층까지만 준설함으로써 여재 교환량을 줄일수 있다.

최초의 여재층 형성작업시 오염 예상깊이의 여재층 밑에 부직포를 포대 형태로 만들어 납작하게 눌러서 포설한 후 유지관리 작업시에 포대에 오염된 여재를 담아서 통째로 인양하면 쉽게 준설할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

<실시예 1>

실시예 1은 도18과 도19에 도시된 바와같이 연못, 저류지 및 공사현장 침사지(19)에 입체여과시설(20)을 설치하여 용수를 취수하거나 오염수를 정화하여 자연유하 또는 펌프로 방류하는 시설에 대한 것이다.

입체여과시설(20)은 수위가 변동하는 연못이나 저류지 및 침사지(19)의 유입조에서 멀리 떨어진 곳에 설치하되, 바닥보다 약간 돌출되게 설치하고 저류구조물(21)의 상단부에 적당한 간격으로 바닥의 물이 유입하는 홈(17)을 상하로 길쭉한 형태로 만들어 강우시 토사 등을 바닥에 침전시키고 저장수를 여과하여 자연유하로 배출하거나 또는 펌프로 양수하여 배출한다.

<실시예 2>

실시예 2는 도20내지 도22에 도시된 바와같이 여재교환 작업시 포크레인 장비를 이용할 수 있는 구조에 관한 것으로서 여재충진구조체(11)를 길쭉하게 만들되 폭을 포크레인의 바가지 크기로 만들고 양쪽벽 중간에 준설깊이를 제한하는 준설턱(18)을 만들어 여재교환 작업시 포크레인으로 공극상자(30)를 빼낸 후 하부여재층의 교란없이 준설턱(18)까지만 준설하는 시설에 관한 것이다.

넓은 여재충진구조체(11)에서는 준설턱없이 오염된 여재의 교환작업시 포크레인 등의 장비를 사용하여 준설작업을 하면 준설깊이의 조정이 어려워서 준설량이 많아지게 되며 또는 인력으로 여재를 준설하면 작업능률이 떨어지고 발로 밟은 상태에서 작업하므로 여재층 표면이 교란되어 준설량이 많아지게 된다.

본 실시예에서는 여재충진 구조체의 폭을 포크레인의 바가지 크기에 맞도록 만들고 여재층 구조를 상소하대 또는 상대중소하대로 만들되 모래와 같이 입도가 작아서 오염물질의 하부침투가 저지되는 여재층의 중간높이 양쪽 벽체에 바가지의 통과를 차단하는 준설턱(18)을 만들고, 공극상자(30)는 개방부 위쪽으로 돌출걸이(37)를 만들고 양쪽 벽체에 홈을 만들어 이 홈에 공극상자(30)의 돌출걸이(37)를 걸어서 위치를 고정하도록 해놓고 저류구조물(21) 바닥부터 여과수 집배수 시설(22)을 설치하고 그 위에 여재를 어느 정도 채운 후 공극상자(30)를 벽체에 걸어서 띄운 상태에서 나머지 여재를 충진하여 여재층을 완성한다.

여과시간이 경과되어 여과속도가 저하되면 여재교환 작업시 포크레인으로 먼저 공극상자(30)를 빼낸 후 바지지로 준설 턱 부분 상부의 여재를 도22의 형태로 준설한다.

도로의 측구 위치에 설치할 때에는 차량의 안전운행을 위하여 저류구조물(21)을 좁고 길다랗게 만들고 포크레인의 바가지도 작게 만들며 상부에 그레이팅 덮개(38)를 덮는다.

넓은 지역에 설치할 때에는 큰 바가지를 사용할 수 있도록 폭을 넓게 만들고 포크레인의 작업범위에 맞추어 여재충진 구조체를 도23 및 도24와 같이 2열 이상으로 만든다.

<실시예 3>

실시예 3는 입체여과시설(20)을 전처리시설과 연계하여 설치하는 방법에 관한 것으로서, 도25와 같이 침강지, 침전지(39), 연못, 저류지 등과 연계하여 이들 시설의 후단에 입체여과시설(20)을 별도로 설치하거나 도26과 같이 전처리시설을 저류구조물(21)과 붙여서 유입부 앞쪽에 침사지(19)를 만들거나 스크린(19a)을 설치한다.

또는, 연속함몰 여과장치(10)의 상부에 부직포(23) 등을 더 깔아서 전처리용으로 사용할 수도 있다.

<실시예 4>

실시예 4는 입체여과시설(20)을 생물서식공간으로 활용하는 방법에 관한 것으로서, 수직벽여재층(14)에 도27과 같이 좀 큰 입도의 여재를 충진하여 여재층속에 큰 공간을 확보하여 어패류의 서식공간으로 활용하거나 도28와 같이 토사구조물로 형성된 넓은 지역에 입체여과시설(20)을 설치하여 습지형태를 갖도록 하여 입체 여과시설이 장기간 물속에 잠긴 상태로 운영함으로써 여재교환 등의 유지관리 작업을 자주하지 않는 방법이다.

<실시예 5>

본 발명에서 입체여과시설의 저류구조물(21) 하부를 폐쇄상태로 설치하지 않고 개방하거나 유공시설을 만들거나 연속함몰 여과장치를 지하수위보다 높은 위치의 침투가능지반에 설치하여 연속함몰 여과장치 및 입체여과시설을 침투시설로도 활용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 상술한 특성의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든 다양한 변동실시가 가능할 것이다.

10 : 연속함몰 여과장치 11 : 여재충진구조체
12 : 입자상여재 13 : 바닥여재층
14 : 수직벽여재층 15 : 수평표면
16 : 수직표면 17 : 물이 유입하는 홈
18 : 준설턱 19 : 침사지
19a : 스크린 20 : 입체여과시설
21 : 저류구조물 21a : 토사저류구조물
22 : 집배수시설 22a : 유공관
23 : 부직포 24 : 집수정
25 : 낙하에너지 감소벽 26 : 격자망 형태의 지지대
27 : 펌프정 28 : 퇴적슬러지
30 : 공극상자 34 : 공극상자 골조
34a : 외곽골조 34b : 면골조
35 : 공극망 36 : 내부공간
37 : 돌출걸이 38 : 그레이팅 덮개
39 : 침전지

Claims (12)

1. 오염수질을 정화하는 여과장치에 있어서,
   여과장치는
   소정 면적을 갖는 내부공간에 입자상 여재로 충진되는 여재층과;
   상기 여재층에 소정의 간격과 열로 배열되어 상부면이 개방되고 상단부가 여재층의 표면과 동일한 수평높이 또는 돌출상태로 매립되는 공극상자와;
   상기 공극상자의 측면부 둘레에 감싸져서 고정되는 공극망;으로 마련되어 오염수의 여과면이 여재층의 바닥면적과 공극상자의 측면부 둘레 전체의 수직면적이 더해져서 바닥면적보다 넓은 여과면적을 갖는 것을 특징으로 하는 연속함몰 여과장치
2. 청구항 1에 있어서, 상기 입자상 여재와 공극망이 설치된 공극상자를 수용할 수 있게 내부에 공간이 마련되도록 외부 둘레에 벽체가 형성되며 상,하부가 개방된 여재충진 구조체;를 더 포함함을 특징으로 하는 연속함몰 여과장치
3. 청구항 2에 있어서, 상기 여재충진 구조체는 하부에 유공판 또는 격자망 형태의 지지대가 형성된 하부면을 더 포함함을 특징으로 하는 연속함몰 여과장치
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 여재충진 구조체는 고강도 및 내부식성을 가진 콘크리트, 스테레스판, 플라스틱판, 유리 섬유판 및 복합소재판 소재중 어느 하나를 선택하여 마련됨을 특징으로 하는 연속함몰 여과장치
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여재층은 모래, 가네트, 규조토, 산호초, 자갈, 쇄석, 제올라이트, 조개껍질, 활성탄, 펄라이트, 인공제올라이트, 플라스틱 볼, 점토볼, 목편, 나뭇잎, 왕겨, 폐콘크리트 조각, 슬러지소성볼, 폐플라스틱 조각, 2가지 이상의 재료가 사용된 복합여재, 코팅여재, 부직포(23), 직포, 여과망의 여재 중에서 적어도 하나 이상을 선택하여 마련됨을 특징으로 하는 연속함몰 여과장치
6. 청구항 1항 또는 청구항 2에 있어서, 상기 공극상자는 직육면체구조에서 내부가 빈 통의 측면부 전후좌우 및 상부와 하부의 6방향면 중 상부면이 개방되고 전후좌우의 4방향면이나 바닥면을 포함한 5방향면, 또는 수로형태로 양측면의 2방향면이나 양측면 사이 직각면의 3방향면에 공극망을 설치하여 마련됨을 특징으로 하는 연속함몰 여과장치
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공극망은 합성섬유망, 플라스틱망, 스텐레스망 중 어느 하나를 선택하여 마련됨을 특징으로 하는 연속함몰 여과장치
8. 삭제
9. 삭제
10. 상기 청구항 3의 연속함몰 여과장치에 있어서, 상기 여재충진 구조체의 하부에 형성된 유공판이나 격자망 형태의 지지대위에 투수성 섬유인 부직포를 깔고 상기 부직포위에 여재를 충진하는 한편, 하부에 여과수 집배수시설을 설치하여 마련됨을 특징으로 하는 입체여과시설
11. 삭제
12. 상기 청구항 10항에 있어서, 상기 여과수 집배수시설은 여과수를 집수하여 배수시킬 수 있게 쇄석, 자갈, 유공관, 유공판, 부직포, 여과망, 격자망 형태의 지지대 또는 집수블럭 중 어느 하나를 선택하여 마련됨을 특징으로 하는 입체여과시설

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