KR101580859B1 - 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치 및 이를 이용한 수처리와 역세 방법 - Google Patents

Abstract

우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치 및 이를 이용한 수처리 및 역세 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치는, 처리대상수를 대상으로 중력식 침전과 포집망을 이용하여 1차 처리하는 전처리조와, 상향류 여과방식으로 1차 처리된 처리수에 포함된 미세고형물을 제거하는 여과처리조를 포함하며, 여과처리조를 구성하는 여과층 상부에 일정 간격으로 여재유실망을 장착한 역세수 퇴수관을 배치하여 역세 시 여과층 위에 존재하는 역세수가 상기 역세수 퇴수관을 통해 전처리조로 퇴수될 수 있도록 구성한 것을 요지로 한다.

Description

우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치 및 이를 이용한 수처리와 역세 방법{Water treatment apparatus and Water treatment methods using the same}

본 발명은 오염원이 특정되지 않은 비점오염원 저감을 위한 처리 장치에 관한 것으로, 상세하게는 처리대상수(예컨대, 초기우수)를 대상으로 중력식 침전 및 포집망을 이용해 1차 처리하고, 2차 상향류식 여과를 통해 미세고형물을 제거하며, 여재 폐색 시 역세척을 통해 기능을 회복시킬 수 있는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치 및 이를 이용한 수처리와 역세 방법에 관한 것이다.

수질 오염원은 오염원의 성격에 따라 점오염원과 비점오염원으로 분류된다. 점오염원은 오염 배출을 명확히 확인할 수 있는 점으로부터 하수구나 도랑 등의 형태로 배출되는 오염원이고, 비점 오염원은 넓은 지역으로부터 빗물 등에 의해 씻겨지면서 배출되어 정확히 무엇이 배출원인지 알기 어려운 산재된 오염원으로부터 배출되는 것을 의미한다.

일반적으로 비점오염원은 비특정 오염원, 면오염원, 이동오염원 또는 기타수질오염원이라고도 하며, 점오염원이 특정한 배출경로를 가지는 것과는 다르게 도시 노면배수나 농경지배수와 같이 불특정한 배출경로를 통해 비점오염물질을 발생시키는 장소 또는 지역을 가리킨다.

비점오염물질은 주로 강우 시 지표면 유출수와 함께 유출되는 오염물질로서, 농지에 살포된 비료나 농약, 토양침식물, 축사유출물, 교통오염물질, 도시지역의 먼지와 쓰레기, 자연동ㅇ식물의 잔여물, 지표면에 떨어진 대기오염물질 등을 말한다.

최근 수질오염총량 관리제 등의 시행으로 오염물질의 유입이 간헐적으로 이루어지는 도로나 주차장 등에서 발생하는 비점오염물에 대한 관리를 강화하고 있는 추세에 있으며, 안정적인 수질 보전을 위해 도로 및 주차장 등 불투수층 지역으로부터 비롯된 노면 배수 처리에 대한 관심이 대두되고 있다.

이에 따라 간헐적으로 유입되는 오염물질을 여과처리하여 수계로 방류하는 다양한 형태의 수처리 시설이 제안되었다. 예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제0538124호에 개시된 수처리 시설은 폴리에틸렌 및 폐타이어를 이용하여 제조된 담체를 이용하여 빗물과 함께 하천으로 유입되는 비점오염물질을 빗물로부터 분리하여 수질 개선을 도모하고자 한 것이다.

그러나 상기 특허공보에 나타난 기술을 포함하여 종래 알려진 수처리 시설은 대부분이 세척 기능의 부재로 인해 시간이 경과할수록 여과층 폐색으로 여과성능과 처리효율이 떨어지는 문제가 있고, 여과재 교체 및 세척 등 시설 유지관리에 많은 비용이 소요되는 단점이 있으며, 여과처리 시 여과재에 걸리는 부하가 커서 여과재 및 시설물의 수명이 짧다는 문제가 있다.

한국등록특허 제10-0538124 (공고일 2005. 12. 21)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 입상여재를 이용하는 상향류 여과방식으로 처리대상수에 섞인 오염물을 효과적으로 걸러낼 수 있는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 본격적인 여과처리에 앞서 중력식 침전 및 포집망을 이용한 1차 전처리를 통해 여과처리조에 걸리는 여과부하를 극히 줄일 수 있는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 여과층을 형성하는 여재 폐색 시 여과성능의 회복을 위한 역세 기능을 갖춘 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 역세 시 처리조 내 처리수와 공기를 이용하여 여재 전반에 걸친 균일하고 효율적인 역세가 가능한 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 처리조 내에 잔류한 처리수를 역세수로 이용한 수체적으로 별도의 시상수가 필요 없는 등 유지관리 비용을 경감할 수 있는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 경량의 입상여재를 사용함으로써 시설 간소화를 도모하고 여재 교체와 같은 추후 유지관리가 용이한 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 처리수에 대한 효율적인 여과처리 및 여재에 대한 효과적인 역세를 위한 우·오수 처리 및 역세 방법을 제공하고자 하는 것이다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면, 우·오수 처리를 위해 지하에 매립되는 입체구조물로서, 처리대상수를 대상으로 중력식 침전과 포집망을 이용하여 1차 처리하는 전처리조; 및 상향류 여과방식으로 1차 처리된 처리수에 포함된 미세고형물을 제거하는 여과처리조;를 포함하며, 상기 여과처리조를 구성하는 여과층 상부에 일정 간격으로 여재유실망을 장착한 역세수 퇴수관이 배치되고, 역세 시 상기 여과층 위에 존재하는 역세수가 상기 역세수 퇴수관을 통해 전처리조로 퇴수되는 것을 특징으로 하는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 제공한다.

일 측면에서 상기 전처리조에는 처리대상수가 유입되는 유입관이 연결되고, 처리대상수와 함께 유입되는 협잡물의 제거를 위한 협잡물 포집망이 구비되며, 잔류수 및 역세척수 배출을 위한 배수펌프와 배관이 설치될 수 있다.

상기 여과처리조는, 입상여재들에 의해 일정 두께로 형성되는 여과층과, 여과층을 구성하는 상기 입상여재들을 처리조 바닥으로부터 이격되게 지지하는 지지부와, 지지부에 의해 상기 처리조 바닥과 여과층 사이로 형성되는 1차 처리수 유입부로 구성되며, 상기 1차 처리수 유입부에 전처리조에서 1차 처리된 1차 처리수가 유입되는 구성일 수 있다.

이때 상기 지지부는 입상여재가 깔리는 그레이팅과 그레이팅을 지지하는 다수의 지지대로 구성될 수 있으며, 상기 여과층과 그레이팅 사이에 입상여재의 유실 방지를 위한 다공성 메쉬가 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 1차 처리수 유입부와 전처리조 하부가 1차 처리수 유입관으로 연결되고, 상기 여과층 상부에 배관된 역세수 퇴수관의 끝단이 1차 처리수 유입관보다 높은 위치의 상기 전처리조 공간에 위치하도록 연장되며, 1차 처리수 유입관과 역세수 퇴수관에는 해당 관의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제1 제어밸브와 제2 제어밸브가 각각 설치될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 1차 처리수 유입부에 배관되며 역세 시 상기 여과층에 일정한 압력으로 공기를 분사하는 공기분사관을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 공기분사관은 공기블로워와 연결되어 압력공기를 제공받고, 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제3 제어밸브를 구비할 수 있다.

또한, 상기 전처리조와 여과처리조 사이에 상기 전처리조 및 여과처리조와는 분리 구획된 밀폐된 공간으로 형성되는 기계실을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 기계실에 공기블로워가 설치되고, 상기 전처리조와 여과처리조에 걸쳐 배관되는 1차 처리수 유입관과 역세수 퇴수관이 지나가는 구성일 수 있다.

여기서, 상기 기계실과 전처리조는 제1 격벽에 의해 분리 구획되고, 상기 기계실에 대해 여과처리조가 제2 격벽을 통해 분리 구획되며, 상기 제1 격벽 일측 상부에는 상기 기계실 유지보수를 위한 작업자 출입을 위해 출입구가 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 여과처리조는 상기 역세수 퇴수관보다 높게 형성되는 하나 이상의 분리격벽에 의해 둘 이상의 여과처리공간으로 분할 형성하여, 수처리 및 여과층에 대한 역세가 보다 효율적으로 행해지도록 할 수도 있다.

본 발명의 일 측면은 또한, 상기 여과처리조를 통해 정화처리가 완료된 처리수가 저류되고, 저류된 처리수가 일정 수위에 도달하면 외부에 방류될 수 있도록 일정 높이에 유출관이 연결된 처리수조;를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 처리수조에 저류된 처리수가 역세펌프와 역세수 도입관을 통해 상기 여과처리조 역세를 위한 역세수로 공급되는 구성일 수 있다.

바람직하게는, 상기 역세펌프는 처리수조 바닥 측에 배치되고, 역세수 도입관은 전처리조와 상기 여과처리조 사이의 기계실을 경유하여 여과처리조 하부의 1차 처리수 유입부로 연장되는 구성일 수 있다.

여기서, 상기 역세수 도입관 중간에 관 내부 유로의 개폐를 제어하는 제4 제어밸브가 구비될 수 있다.

또한, 상기 여과처리조와 처리수조 사이에 역세수 퇴수관보다 높은 위치에 월류부를 형성한 월류웨어가 형성됨으로써, 여과처리를 마친 최종 처리수는 상기 월류웨어의 월류부를 월류하여 상기 처리수조 유입될 수 있다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 일 측면에 따른 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 이용한 수처리 및 역세 방법으로서,

처리대상수와 함께 상기 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치의 전처리조로 유입되는 오염물을 포집망과 중력식 침전을 이용하여 처리대상수로부터 분리시키는 전처리단계;

전처리단계를 거친 1차 처리수를 상기 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치의 여과처리조 내 여과층을 아래에서 위로 통과시키는 상향류식 여과를 통해 1차 처리수 중의 미세고형물을 걸러내는 여과처리단계;

미세고형물이 걸러진 최종 처리수를 처리수조에 일시 저류시키고 일정 수위에 도달하면 자연 방류되도록 하는 방류단계; 및

처리대상수의 유입이 종료된 후 여과처리조의 상기 여과층 기능회복을 위해 세척을 실시하는 역세단계;를 포함하는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 이용한 수처리 및 역세 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 측면의 상기 전처리 및 여과처리단계에서는 전처리조와 여과처리조를 연결하는 1차 처리수 유입관의 제1 제어밸브를 열어 전처리 완료된 1차 처리수가 여과처리조로 유입되도록 한다.

이때 상기 역세단계는,

공기블로워를 이용하여 상기 여과층 하부에서 여과층을 향하여 일정 압력의 공기를 분사함으로써 여과층을 교란시켜 오염물이 탈리되도록 하는 제1 역세;

공기분사와 함께 역세펌프를 이용하여 처리수조에 저류된 처리수를 상기 여과층 하부의 1차 처리수 유입부로 끌어들이고, 1차 처리수 유입부로 유입된 처리수의 수위 상승에 따른 상향류식 역세를 이용하여 여과층을 교란시켜 오염물이 탈리되도록 하는 제2 역세;

처리수조의 처리수만을 이용하여 여과층을 세척하는 동시에, 여과처리조에서 전처리조로 연장된 역세수 퇴수관의 제2 제어밸브를 열어 여과층 상부로 떠오른 탁질이 상기 역세수 퇴수관을 통해 전처리조로 자연 배출되도록 하는 제3 역세; 중 선택된 어느 한 역세 방법만을 이용한 단독 역세 또는 둘 이상의 역세 방법들의 조합으로 구현되는 다단 역세를 통해 역세가 수행될 수 있다.

이때, 상기 제1 역세 전 전처리조와 여과처리조를 연결하는 1차 처리수 유입관의 제1 제어밸브를 닫고, 배수펌프와 배관을 통해 전처리조에 잔류한 잔류수를 외부에 배출하여 전처리조와 여과처리조 사이에 수위차를 발생시키는 과정이 수행될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 입상여재를 이용하는 상향류식 여과방식으로서 처리대상수에 섞인 오염물을 보다 효율적으로 여과처리하여 배출할 수 있고, 여재 폐색 시 역세를 통해 여과성능을 회복할 수 있어 지속적인 처리가 가능하며, 후속 처리시에도 높은 여과처리 효율을 지속적으로 유지할 수 있다.

또한, 역세 시 공기와 물을 이용하여 여과층을 구성하는 여재 전반에 걸친 균일하고 효율적인 역세가 가능하며, 따라서 여과 지속시간의 증대와 여과 수질을 개선할 수 있고, 처리조 내에 물을 역세수로 활용함으로써 외부에서 시상수(수돗물)를 끌어들여 역세하는 방식에 비해 유지관리 비용이 크게 줄어 경제성 측면에서도 유리한 효과가 있다.

더욱이, 본격적인 여과처리에 앞서 협잡물 포집 및 중력식 침전과 같은 전처리가 수행됨으로써, 본격적인 여과처리에 있어 여과층에 걸리는 여과부하를 극히 줄일 수 있으며, 따라서 높은 품질의 여과처리 상태를 장시간 유지할 수 있으며, 여과층의 오염부하가 줄어든 만큼 역세 시 여재를 교란시켜 오염물질을 탈리함에 있어 소모되는 에너지 또한 경감시킬 수 있다.

또한, 경량의 입상여재를 사용함으로써 시설 간소화를 도모할 수 있으며, 여재 교체와 같은 추후 유지관리에 있어서도 용이성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치의 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 A-A선 방향에서 바라본 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 B-B선 방향에서 바라본 단면도.
도 4는 도 1에 도시된 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 C-C선 방향에서 바라본 단면도.
도 5는 도 1에 도시된 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 D-D선 방향에서 바라본 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 통한 수처리 시 처리 흐름도.
도 7은 수처리 시 본 발명의 작동 상태도.
도 8은 본 발명에 따른 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 통한 여과층 역세 시 처리 흐름도.
도 9, 도 10은 여과층 역세 시 본 발명의 작동 상태도.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수처리 장치의 평면도이며, 도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 다양한 방향에서 바라본 단면도를 나타내고 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 우·오수 처리 장치는 오염원의 저감을 위해 지하에 매립되는 입체 구조물로서 크게, 전처리조(10), 여과처리조(20), 처리수조(30)를 포함한다. 그리고 전처리조(10)와 여과처리조(20)의 사이에 상기 전처리조(10) 및 여과처리조(20)와 분리 구획된 밀폐된 공간으로 형성되는 기계실(40)을 구비한다.

전처리조(10)와 상기 기계실(40)이 제1 격벽(15)을 통해 분리 구획되며, 상기 기계실(40)에 대해 상기 여과처리조(20)가 제2 격벽(25)을 통해 분리 구획된다. 이때 상기 제1 격벽(15)의 상부에는 기계실(40)에 배치된 시설물의 유지관리를 위해 작업자가 드나들 수 있도록 소정의 크기로 출입구(150)가 형성된다.

전처리조(10)에는 처리대상수(예컨대, 빗물 또는 오수, 폐수 등)가 유입되는 유입관(100)이 연결되며, 처리대상수와 함께 유입되는 조대 협잡물 제거를 위한 협잡물 포집망(110)이 설치된다. 또한 바닥에는 잔류수 및 역세척수 배출을 위한 배수펌프(130)가 설치되며, 상부에는 설비 유지관리를 위해 작업자가 드나들 수 있도록 통로를 형성하는 맨홀 입구(부호 생략)가 형성된다.

전처리조(10) 바닥의 상기 배수펌프(130)에서 연장된 배관(132, 잔류수 배출관)이 전처리조(10) 밖으로 연장되며, 전처리조(10) 바닥 측은 1차 처리수 유입관(19)을 통해 상기 여과처리조(20) 바닥 측과 연결된다. 따라서 전처리조 내 중력식 침전과 상기 협잡물 포집망(110)에 의해 침사와 협잡물이 제거된 1차 처리수는 상기 1차 처리수 유입관(19)을 통해 여과처리조(20)로 유동된다.

협잡물 포집망(110)은 상기 유입관(100)의 출구 주변을 에워싸는 형태로 전처리조(10)의 일측 벽면에 설치될 수 있으며, 거름망으로 구성된 일정 체적의 입체 구조물일 수 있다. 이때 거름망의 그물코의 크기는 특정 수치로 한정되는 것은 아니나, 비닐, 음료 캔, 스티로폼 등의 조대부유물은 걸러내고 미세한 크기의 고형물 등은 처리대상수와 함께 통과할 수 있을 정도면 적당하다.

유입관(100)을 통해 상기 전처리조(10) 내부로 처리대상수와 함께 유입되는 오염물 중 비닐, 음료 캔, 스티로폼과 같은 협잡물이 상기 협잡물 포집망(110)에 의해 걸러져 처리대상수로부터 분리된다. 그리고 협잡물 포집망(110)을 통과한 모래나 토사와 같이 입자 크기가 작고 물보다 비중이 큰 침사는 중력식 침강에 의해 전처리조(10) 바닥으로 가라앉아 처리대상수로부터 분리된다.

여과처리조(20)는 상향류 여과방식으로 전처리조(10)를 거쳐 1차적으로 침사와 협잡물 등이 걸러진 1차 처리수 중의 미세고형물을 제거한다. 구체적으로는, 전처리조(10)를 통해 1차 처리된 1차 처리수가 아래로부터 유입되고 입상여재(212)들로 구성된 여과층(210)을 통과하는 상향류식 여과로서 상기 1차 처리수에 포함된 미세고형물을 걸러낸다.

여과처리조(20)는 바람직하게, 입상여재(212)들에 의해 일정 두께로 형성되는 여과층(210)과, 여과층(210)을 구성하는 상기 입상여재(212)들을 처리조 바닥으로부터 이격되게 지지하는 지지부(220)와, 지지부(220)에 의해 여과처리조(20)의 바닥과 여과층(210) 사이로 형성되는 1차 처리수 유입부(200)를 포함한다.

여과처리조(20)를 구성하는 상기 1차 처리수 유입부(200)와 전처리조(10)가 상기 1차 처리수 유입관(19)으로 연결됨으로써 전처리조(10)에서 전처리된 1차 처리수가 상기 1차 처리수 유입관(19)을 통해 상기 1차 처리수 유입부(200)로 유입되며, 이때 전처리된 1차 처리수의 상기 1차 처리수 유입부(200) 측 이동을 제1 제어밸브(V1)가 제어한다.

지지부(220)는 상기 여과층(210) 하부의 격자형 구조물인 그레이팅(222)과 이를 지지하는 다수의 지지대(224)로 된 구성일 수 있으며, 상기 여과층(210)과 그레이팅(222) 사이에는 여과층(210)을 구성하는 상기 입상여재(212)들이 1차 처리수 유입부(200) 유동되어 유실되지 않도록 다공성 메쉬(미도시)가 설치될 수 있다.

여과층(210)의 상부에는 역세수 퇴수관(50)이 배치된다. 역세수 퇴수관(50)에는 그 길이방향을 따라 일정 간격에 걸쳐 퇴수구멍(부호 생략)이 형성되고 각각의 퇴수구멍을 여재유실망(52)이 덮도록 구성된다. 이러한 역세수 퇴수관(50)은 구체적으로, 여과처리조(20)의 전후방향(도 2에서 도면의 좌우방향)을 따라 길게 배치될 수 있다.

역세수 퇴수관(50)의 출구는 전처리조(10)에 위치하되, 상기 1차 처리수 유입관보다 높게 위치하도록 배치되며, 따라서 여과층(210)에 대한 역세척(이하, '역세'라 함) 시 상기 1차 처리수 유입부(200)로 유입되어 여과층(210)을 통과한 여과처리조(20) 상류의 역세수는 역세수 퇴수관(50)을 통해 전처리조(10)로 퇴수되고 배수펌프(130)와 배관(132)을 통해 외부로 배출된다.

역세 시 상기 1차 처리수 유입부(200)로 유입되어 여과층(210)을 통과한 여과처리조(20) 상류의 역세수가 상기 역세수 퇴수관(50)을 통해 전처리조(10)로 퇴수됨에 있어, 상기 여재유실망(52)이 세척수와 함께 일부 입상여재(212)가 전처리조(10) 측으로 역류하여 유실되는 것을 방지하며, 이에 따라 역세 시 여재 유실로 인한 보충에 소요되는 비용이 경감될 수 있다.

역세수 퇴수관(50)에는 제2 제어밸브(V2)가 설치되며, 제2 제어밸브(V2)의 개폐조작에 따라 역세수 퇴수관(50)의 유로가 개방되거나 폐쇄된다. 제2 제어밸브(V2)는 처리대상수 중 오염물을 걸러내는 여과처리시에는 닫혀 있고, 처리대상수의 유입 종료 후 여과층(210)을 대상으로 하는 역세시에만 열려 여과층(210) 상부에 존재하는 역세수의 전처리조(10) 측 이동을 허용한다.

1차 처리수 유입부(200)에는 역세 시 상기 여과층(210)에 일정한 압력으로 공기를 분사하는 공기분사관(29)이 길게 배치된다, 공기분사관(29)은 상기 기계실(40)에 설치되는 공기블로워(42)가 발생시킨 일정 압력의 공기를 제공받고, 유로의 개폐를 제어하는 제3 제어밸브(V3)를 구비한다. 이때 제3 제어밸브(V3)는 역세시에만 개방되어 여과층(210)에 대한 공기분사를 허용한다.

도 1 및 도 2와 같이, 전술한 1차 처리수 유입관(19)과 역세수 퇴수관(50)이 기계실(40)을 경유하여 전처리조(10)와 여과처리조(20)에 걸쳐 배관되며, 상기 공기분사관(29)에는 일정 간격에 걸쳐 좌우 양측으로 분기되는 형태로 지관(290)이 구비됨으로써 역세용 공기가 여과층(210) 하부 전면에 걸쳐 균일하게 분사되어 역세가 보다 효율적으로 수행될 수 있다.

1차 처리수 유입부(200)로 유입된 1차 처리수는 입상여재(212)들로 구성된 상기 여과층(210)을 아래에서 위로 통과하는 상향류식 여과를 거쳐 여과층(210) 상부로 유동된다. 이 과정에서 상기 1차 처리수에 포함된 미세고형물들이 상기 입상여재(212)에 흡착되거나 입상여재(212)들 사이에 끼여 걸러지고, 미세고형물이 걸러진 최종 처리수는 상기 처리수조(30)로 이동된다.

도시하지는 않았으나 여과처리조(20)를 구성하는 상기 여과층(210)은 하부 여과층과 상부 여과층으로 분리시킨 형태로 제공될 수도 있으며, 이 경우 상기 하부 여과층과 상부 여과층을 구성하는 입상여재(212)의 입경과 비중을 달리함으로써 여과층을 구성하는 입상여재의 조기 폐색을 방지하고 수중의 미세고형물 제거효율을 극대화할 수 있다.

상부 여과층의 입상여재 입경보다 하부 여과층의 입상여재의 입경을 작게 구성하면 여과효율을 보다 향상시킬 수 있으며, 이처럼 여과층(210)을 두 개의 층으로 분리시킨 경우에는 상기 상부 여과층과 하부 여과층 사이에 다공판(미도시)을 설치함으로써 입상여재(212)의 층간 이동 및 외부 유출을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 4에 예시된 바와 같이, 여과처리조(20)는 상기 역세수 퇴수관(50)보다 낮은 높이로 형성되는 하나 이상의 분리격벽(270)에 의해 둘 이상의 여과처리공간으로 분할된 구성일 수 있으며, 이 경우 영역별 순차적인 역세를 통해 세척부하를 줄이고 펌프나 블로워의 용량을 키우지 않고도 보다 경제적이고 효율적인 세척이 수행될 수 있다.

처리수조(30)는 상기 여과처리조(20)와의 사이에 형성되는 월류웨어(35)를 통해 상기 여과처리조(20)와 분리 구획된다. 바람직하게는, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 월류웨어(35)를 사이에 두고 여과처리조(20) 측부에 형성될 수 있으며, 이때 상기 월류웨어(35)에는 상기한 역세수 퇴수관(50)보다 높은 위치에 일정 면적으로 개구된 월류부(350)가 적어도 둘 이상 형성된다.

즉 여과처리조(20)와 상기 처리수조(30) 사이에 상기 역세수 퇴수관(50)보다 높은 위치에 월류부(350)를 형성한 월류웨어(35)가 형성됨으로써, 여과처리조(20)에 의한 상향류 여과를 거쳐 최종 여과처리를 마친 최종 처리수는 상기 월류부(350)가 형성된 높이까지 상승된 후 상기 월류웨어(35)의 월류부(350)를 월류하여 상기 처리수조(30) 이동되고 일시 저류된다.

처리수조(30) 측벽에는 상기 월류부(350)에 비해 낮은 높이에 상기 처리수의 외부 방류를 위한 유출관(300)이 연결된다. 이에 따라 월류부(350)를 통해 처리수조(30)로 유입된 처리수는 상기 처리수조(30)에 임시 저류(貯留)되고, 일정 수위(유출관의 입구가 위치하는 높이)에 도달하면 상기 유출관(300)을 통해 처리수조(30) 바깥의 하천이나 저류지 등의 수계로 자연 방류된다.

처리수조(30)에 저류된 처리수 중 일부는 역세펌프(32)와 역세수 도입관(39)을 통해 상기 여과층(210) 세척(역세)을 위한 세척수(역세수)로 공급된다. 이때 역세펌프(32)는 처리수조(30) 바닥이나 상기 기계실(40)에 배치되며, 역세수 도입관(39)은 상기 기계실(40)을 경유하여 여과처리조(20) 하부의 1차 처리수 유입부(200)로 연장될 수 있다.

역세수 도입관(39)에는 관 내부 유로의 개폐를 제어하는 제4 제어밸브(V4)가 구비된다. 제4 제어밸브(V4)는 역세 시 상기 역세펌프(32) 구동과 함께 개방되어 처리수조(30)에 저류된 상기 처리수의 여과처리조(20) 측 이동을 허용한다. 즉 여과층(210)에 대한 세척과정(역세과정)에서 역세펌프(32)가 구동되고 제4 제어밸브(V4)가 개방됨으로써 최종 처리수를 역세수로 사용할 수 있는 것이다.

여과층(210)의 세척(역세)은 크게, 공기세척, 공기+수세척, 수세척으로 구분될 수 있다. 공기세척은 상기 공기블로워(42)가 발생시킨 압력공기를 이용해 여과층(210)을 세척하는 것이며, 공기+수세척은 공기분사와 함께 최종 여과처리된 처리수를 세척수로 이용하여 여과층(210)을 세척하는 것이다. 그리고 수체척은 상기 처리수만을 이용해 여과층(210)을 최종적으로 세척하는 것이다.

처리대상수의 유입이 종료된 후 배수펌프(130)를 통한 전처리조(10)의 잔류수 배제와 함께 상기 공기블로워(42)(420)가 구동되어 여과층(210)에 대한 공기세척이 행해지며, 이때 역세를 위한 공기가 공기분사관(29)과 지관(290)을 통해 상기 여과층(210)의 하부에 소정의 압력과 고른 분포로 분사됨으로써 입상여재(212)가 교란되고 입상여재(212)들로부터 오염물이 탈리되는 것이다.

즉 공기세척은 공기블로워(42)가 발생시킨 압력공기를 공기분사관(29)과 지관(290)을 통해 상기 여과층(210)의 하부에 소정의 압력과 고른 분포로 분사하여 입상여재(212)를 교란함으로써, 여과과정에서 입상여재(212)에 흡착되거나 입상여재(212)들 사이에 끼인 오염물을 입상여재(212)로부터 탈리시켜 여과층(210)을 회복시키는 것이다.

공기를 이용하는 공기세척 중 일정시간 경과 후 공기블로워(42)와 함께 역세펌프(32)가 구동되어 상기 공기+수체적이 행해진다. 즉 공기분사와 함께 역세펌프(32)가 처리수조(30)에 저류된 처리수를 여과층(210)의 하부에서 일정 압력으로 공급함으로써 처리수의 수위 상승에 따른 상향류식 처리수의 유동에 의해 여과층(210)이 다시 한번 교란되고 오염물이 탈리되는 것이다.

처리수만을 이용하는 수세척에서는 공기분사를 멈추고 역세펌프(32)만 구동시켜 처리수조(30)에 저류된 처리수를 여과층(210)의 하부에 일정 압력으로 도입함으로써, 수위 상승에 따른 상향류식 처리수의 유동을 이용해 앞선 세척과정에서 탈리된 오염물이 여과층(210) 상부로 떠오르게 하고, 상기 역세수 퇴수관(50)을 통해 전처리조(10)로 이동될 수 있도록 한다.

이상에서는 공기 블로워(42)가 기계실(40)에 배치되고 역세펌프(32)가 처리수조(30)에 배치된 구조를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 공기 블로워(42)와 역세펌프(32) 모두 본 발명의 실시 예에 따른 처리 장치 바깥 쪽에 위치하도록 구성할 수도 있으며, 역세펌프(32)를 상기 기계실(40)에 배치시킬 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 수처리 장치를 통해 행해지는 수처리 과정 및 수처리 후 여과층에 대한 세척과정(역세)을 본 발명의 작동과 연계하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 수처리 장치를 통한 수처리 시 처리 흐름도이며, 도 7은 수처리 시 본 발명의 작동 상태도이다. 이들 도면을 참조해 본 발명에 따른 수처리 장치를 통해 행해지는 수처리 과정부터 살펴보기로 한다.

이하 본 발명의 작동을 설명함에 있어 처리대상수로서 우수 즉, 빗물을 예를 들어 설명하기로 하며, 처리대상수 이동에 따른 처리과정이 보다 쉽게 이해될 수 있도록 처리수조를 여과처리조 후방에 배치시킨 개념도(도 7)를 사용하여 설명하기로 한다.

도 6과 같이, 본 발명을 통해 수행되는 수처리는 크게, 빗물과 함께 유입되는 비닐, 캔, 스티로폼 같이 물보다 비중이 작은 조대 협잡물과 모래나 토사와 같이 물보다 비중이 큰 오염물을 분리 제거하여 1차 처리하는 전처리와, 여과층을 이용한 2차 상향류식 여과를 통해 빗물에 섞인 미세오염물을 제거하는 여과처리로 구분될 수 있다.

도 7의 개념도를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 빗물이 유입관(100)을 통해 전처리조(10)로 유입되면, 빗물에 포함된 협잡물 중 물보다 비중이 작은 조대부유물은 협잡물 포집망(110)에 걸려 분리되며, 협잡물 포집망(110)을 통과한 모래나 토사와 같이 물보다 비중이 큰 침사 등은 자연침강에 의해 전처리조(10) 바닥으로 가라앉아 빗물로부터 분리된다.

전처리조(10) 바닥에 가라앉은 침사 등은 배수펌프(130)의 구동으로 배관(132)을 통해 강우 종료 후 일정시간 이내에 수처리 장치 외부로 배출되며, 전처리를 거쳐 침사와 조대협잡물 등이 분리된 빗물(1차 처리수)은 제1 제어밸브(V1)에 의해 개방된 1차 처리수 유입관(19)을 통해 전처리조(10)에서 여과처리조(20)의 1차 처리수 유입부(200)로 이동된다.

1차 처리수 유입부(200)에 유입된 1차 처리수는 지속적인 빗물 유입에 따른 수위 상승에 의해 상기 1차 처리수 유입부(200) 상부에 위치한 여과층(210)을 아래에서 위로 통과하게 된다. 이 과정에서 1차 처리수에 포함된 미세고형물이 여과층(210)을 이루는 입상여재(212)들에 흡착되거나 입상여재(212)들 사이에 끼여 1차 처리수로부터 분리된다.

여과층(210)을 이용한 상향류 여과를 거쳐 최종 여과처리를 마친 최종 처리수는 여과처리조(20) 내에서 월류부(350)가 형성된 높이까지 상승되고, 상기 월류부(350)를 월류하여 처리수조(30) 이동되고 저류된다. 그리고 저류된 처리수의 수위가 일정 수위에 도달하면 유출관(300)을 통해 처리수조(30) 바깥의 하천이나 저류지 등의 수계로 자연 방류된다.

여과처리조(20)를 통한 여과처리가 지속될수록 입상여재(212)에 흡착된 미세오염물로 인해 여과층(210)이 폐색되고 여과유량에 변화가 생겨 처리량은 급격히 저하된다. 따라서 강우가 종료되면 여과층(210)의 입상여재(212)의 표면 또는 입상여재(212)들 사이에 존재하는 미세오염물을 제거하는 세척(역세)를 통해 여과성능을 회복시킬 필요가 있다.

여과층의 세척(역세)에 대해서는 이후 도 8 내지 도 10을 참조하기로 한다.

도 8은 본 발명에 따른 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치를 통한 여과층 역세 시 처리 흐름도이며, 도 9 내지 도 10은 여과층 역세 시 본 발명의 작동 상태도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 역세단계는 크게, 공기를 이용하는 제1 역세와, 공기와 함께 처리수조(30)에 저류된 최종 처리수를 역세수로 하여 여과층(210)을 세척하는 제2 역세로 구분될 수 있으며, 공기분사를 멈추고 처리수조(30)에 저류된 처리수만을 이용하여 여과층(210) 상부의 탁질을 역세수 퇴수관(50)을 통해 전처리조(10)로 배출시키는 제3 역세를 더 포함할 수 있다.

제1 역세에서는 빗물 유입 종료와 함께 공기블로워(42)를 이용하여 여과층(210) 하부에서 여과층(210)을 향하여 일정 압력의 공기를 분사함으로써 여과층(210)을 교란하고 오염물을 탈리시키는 처리가 행해진다. 이를 위해 제3 제어밸브(V3)가 개방위치로 전환되며, 따라서 세척용 공기는 공기분사관(29)과 지관을 통해 여과층(210)을 향하여 소정의 압력과 고른 분포로 분사될 수 있다

제1 역세가 본격적으로 수행됨에 앞서, 전처리조(10)와 여과처리조(20)를 연결하는 1차 처리수 유입관(19)의 제1 제어밸브(V1)를 닫아 전처리조(10) 측에 저류된 잔류수가 여과처리조(20) 측으로 이동하지 못하도록 하며, 배수펌프(130)를 구동하여 전처리조(10) 내 잔류수를 외부에 배출하여 전처리조(10) 와 여과처리조(20) 사이에 수위차를 형성시킨다.

일정 시간에 걸친 1차 공기역세가 종료되면, 상기 공기블로워(42)와 역세펌프(32)를 함께 이용하는 여과층(210)에 대한 제2 역세가 행해진다. 즉 제2 역세에서는 공기와 처리수조(30)에 저류된 처리수를 함께 이용하여 여과층(210)을 다시 한번 교란시킴으로써 입상여재(212)들로부터 오염물을 탈리시키는 처리가 행해진다.

제2 역세에서는 제4 제어밸브(V4)가 열려 처리수조(30)에 저류된 처리수가 역세수 도입관(39)을 통해 1차 처리수 유입부(200)에 공급되고, 1차 처리수가 여과층(210)을 통과해 여과층(210) 상부로 이동하면서 공기와 함께 여과층(210)을 재차 교란함으로써 입상여재(212) 표면에 흡착되거나 입상여재(212) 사이에 끼여 있던 오염물을 시킨다.

다시 말해, 제2 역세에서는 공기분사와 함께 역세펌프(32)를 이용하여 처리수조(30)에 저류된 처리수를 상기 여과층(210) 하부의 1차 처리수 유입부(200)로 끌어들이고, 1차 처리수 유입부(200)로 유입된 처리수의 수위 상승에 따른 상향류식 역세를 이용하여 여과층(210)을 다시 한번 교란시켜 여재 및 여재 사이에 존재하는 오염물을 여재로부터 탈리시키는 것이다.

공기와 처리수를 이용하는 상기 제2 역세의 시작과 함께, 여과층(210) 상부에 배치된 역세수 퇴수관(50)의 제2 제어밸브(V2)가 개방되고 배수펌프(130)가 구동된다. 따라서 1, 2차에 걸친 역세에 의해 여과층(210) 상부로 떠오른 오염물은 역세척에 사용된 여과층(210) 상부의 세척수와 함께 상기 역세수 퇴수관(50)을 거쳐 전처리조(10)로 이동되고 배수펌프(130)를 통해 외부로 배출된다.

제3 역세에서는 도 10과 같이, 공기분사를 멈추고 처리수조(30)에 저류된 처리수만을 이용하여 여과층(210)을 재차 세척하는 동시에, 상기 제2 역세 때와 마찬가지로 역세수 퇴수관(50)의 제2 제어밸브(V2)를 열어 1, 2차 걸친 역세를 통해 발생한 여과층(210) 상부의 탁질을 상기 역세수 퇴수관(50)을 이용해 전처리조(10)로 배출시키는 처리가 행해진다.

물론, 제3 역세가 진행되는 동안에도 전처리조(10)의 상기 배수펌프(130)가 구동되며, 따라서 상기 역세수 퇴수관(50)을 통해 전처리조(10)로 퇴수된 역세척수는 배수펌프(130)와 배관(132)을 거쳐 처리조 밖으로 배출된다.

효율적인 역세를 위해서는 위와 같이 제1, 제2, 제3 역세가 순차적으로 수행되도록 시스템을 구축하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 내지 제 3 역세 중 선택된 하나의 역세 방법만을 이용한 단독 역세 또는 둘 이상을 선택하고 그 선택에 의해 구현 가능한 조합을 통해 역세가 수행되도록 하는 다단 역세 등 다양한 방법으로 역세가 수행될 수도 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 의하면, 입상여재를 이용하는 상향류식 여과방식으로서 처리대상수에 섞인 오염물을 보다 효율적으로 여과처리하여 배출할 수 있고, 여재 폐색 시 역세를 통해 여과성능을 회복할 수 있어 지속적인 처리가 가능하며, 후속 처리시에도 높은 여과처리 효율을 지속적으로 유지할 수 있다.

또한, 역세 시 공기와 물을 이용하여 여과층을 구성하는 여재 전반에 걸친 균일하고 효율적인 역세가 가능하며, 따라서 여과 지속시간의 증대와 여과 수질을 개선할 수 있고, 처리조 내에 물을 역세수로 활용함으로써 외부에서 시상수(수돗물)를 끌어들여 역세하는 방식에 비해 유지관리 비용이 크게 줄어 경제성 측면에서도 유리한 효과가 있다.

더욱이, 본격적인 여과처리에 앞서 협잡물 포집 및 중력식 침전과 같은 전처리가 수행됨으로써, 본격적인 여과처리에 있어 여과층에 걸리는 여과부하를 극히 줄일 수 있으며, 따라서 높은 품질의 여과처리 상태를 장시간 유지할 수 있으며, 여과층의 오염부하가 줄어든 만큼 역세 시 여재를 교란시켜 오염물질을 탈리함에 있어 소모되는 에너지 또한 경감시킬 수 있다.

또한, 경량의 입상여재를 사용함으로써 시설 간소화를 도모할 수 있으며, 여재 교체와 같은 추후 유지관리에 있어서도 용이성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10 : 전처리조 15 : 제1 격벽
19 : 1차 처리수 유입관 20 : 여과처리조
25 : 제2 격벽 29 : 공기분사관
30 : 수처리조 32 : 역세펌프
35 : 월류웨어 39 : 역세수 도입관
40 : 기계실 42 : 공기블로워
50 : 역세수 퇴수관 52 : 여재유실망
100 : 유입관 110 : 협잡물 포집망
130 : 배수펌프 132 : 배관
150 : 출입구 200 : 1차 처리수 유입부
210 : 여과층 212 : 입상여재
220 : 지지부 222 : 그레이팅
224 : 지지대 270 : 분리격벽
290 : 지관 300 : 유출관
V1 ~ V4 : 제1 ~ 제4 제어밸브

Claims (20)

1. 우·오수 처리를 위해 지하에 매립되는 입체구조물로서,
   처리대상수를 대상으로 중력식 침전과 포집망을 이용하여 1차 처리하는 전처리조; 및
   상향류 여과방식으로 상기 전처리조로부터 유입되는 1차 처리수를 여과하는 여과처리조;를 포함하며,
   상기 여과처리조를 구성하는 여과층 상부에 일정 간격으로 여재유실망을 장착한 역세수 퇴수관이 구비되고, 역세 시 상기 여과층 위에 존재하는 역세수가 상기 역세수 퇴수관을 통해 전처리조로 이동될 수 있도록 구성되며,
   상기 여과처리조는,
   입상여재들에 의해 일정 두께로 형성되는 여과층과;
   여과층을 구성하는 상기 입상여재들을 처리조 바닥으로부터 이격되게 지지하는 지지부와;
   지지부에 의해 상기 처리조 바닥과 여과층 사이에 형성되며 전처리조에서 1차 처리된 1차 처리수가 유입되는 1차 처리수 유입부;로 구성되며,
   상기 1차 처리수 유입부와 전처리조 하부가 1차 처리수 유입관으로 연결되고,
   상기 여과층 상부에 배관된 역세수 퇴수관의 끝단이 1차 처리수 유입관보다 높은 위치의 상기 전처리조 공간에 위치하도록 연장되며,
   상기 1차 처리수 유입관과 역세수 퇴수관에는 해당 관의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제1 제어밸브와 제2 제어밸브가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치.
   
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8. 제 1 항에 있어서,
   상기 전처리조와 여과처리조 사이에 상기 전처리조 및 여과처리조와는 분리 구획된 밀폐된 공간으로 형성되는 기계실;을 더 포함하는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 기계실에 공기블로워가 설치되고, 상기 전처리조와 여과처리조에 걸쳐 배관되는 1차 처리수 유입관과 역세수 퇴수관이 지나는 것을 특징으로 하는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치.
   
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12. 제 1 항에 있어서,
    상기 여과처리조를 통해 정화처리가 완료된 처리수가 저류되고, 저류된 처리수가 일정 수위에 도달하면 외부에 방류될 수 있도록 일정 높이에 유출관이 연결된 처리수조;를 더 포함하는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 처리수조에 저류된 처리수가 역세펌프와 역세수 도입관을 통해 상기 여과처리조 역세를 위한 역세수로 공급되는 것을 특징으로 하는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 역세펌프는 처리수조 바닥 측에 배치되고, 역세수 도입관은 전처리조와 상기 여과처리조 사이의 기계실을 경유하여 여과처리조 하부의 1차 처리수 유입부로 연장되는 것을 특징으로 하는 우·오수 및 빗물 재이용 여과형 처리 장치.
    
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