KR101642355B1 - 여과 침투수 취수 시스템 및 이를 시공하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여과 침투수를 취수하는 시스템 및 이를 시공하는 방법에 관한 것으로, 수면 또는 수원 아래의 지층에 형성된 모래층 또는 자갈층을 통과하며 자연 여과된 침투수를 취수할 수 있는 유공관과, 상기 유공관을 통하여 유입된 침투수를 1차로 집적할 수 있는 우물 탱크와, 상기 우물 탱크에 모아지는 여과수를 이송하기 위한 이송관과, 상기 이송관을 통해 이송되는 여과수가 모아지며, 상기 우물 탱크보다 하부의 지층에 매설되는 집중 탱크와, 상기 집중 탱크에 모아진 여과수를 외부로 배출하는 육상이송관을 포함함으로써, 다양한 목적에 다량의 깨끗한 물을 공급할 수 있는 효과가 있다.

Description

여과 침투수 취수 시스템 및 이를 시공하는 방법{Filtered Water Intake System and Construction Method thereof}

본 발명은 여과 침투수를 취수하는 시스템 및 이를 시공하는 방법에 관한 것으로, 수면 또는 수원의 바로 아래의 대수층에 형성된 모래층 또는 자갈층을 통과하며 자연 여과된 침투수를 얻는 여과 침투수 취수 시스템 및 이를 시공하는 방법에 관한 것이다.

보다 상세하게 설명하면 수산시장, 어판장, 횟집, 양식장을 비롯하여 오염된 하천 주변의 농업용수와 간이 상수도 시설, 유속이 정체되어 수질이 악화되는 소하천 또는 습지의 수질개선, 해수 담수화 시설의 해수 취수, 발전소 등에서 사용하는 냉각용 해수 취수 등의 다양한 목적에 다량의 깨끗한 물을 공급하기 위하여 자연 여과된 침투수를 취수하는 시스템 및 시공방법에 관한 것이다.

최근 지구 온난화와 환경의 오염에 따른 수중의 부영양화 등으로 해마다 하천과 해양에서는 녹조와 적조가 발생하고 있으며 발생 빈도는 잦아지고 지속기간은 길어지고 있다.

이에 따라 해안 지역의 양식장을 비롯한 횟집과 내수면 양식장 등 활 수산물을 생산하고 보관하는 시설에 많은 피해가 발생하고 있으며 사회적 비용이 크게 증가하고 있다. 뿐만 아니라 일부 하천은 오염이 심각하여 하천수를 직접 농업용수로 사용하기에 부적합한 경우도 발생하고 있다.

특히 갈수기 또는 가뭄이 들 때에는 하천수가 부족하여 농사에 많은 어려움을 겪기도 하는데 이때에는 표층에 흐르는 물을 수원으로 하는 간이 상수도 시설의 경우 수원이 고갈되어 고통을 겪기도 한다. 그리고 유속이 정체되어 수질이 악화된 소하천 또는 늪지는 주변으로 오염을 확산시킨다. 그 밖에 해수 담수화 시설이나 냉각수로 해수를 사용하는 발전소 등에서는 부유물의 농도가 낮은 깨끗한 해수를 다량으로 필요로 하나 바다의 수중으로부터 직접 취수할 경우 해조류의 포자나 조개류의 유충 등이 유입되며 유입관로 내부 또는 취수부에 부착되어 취수 효율을 떨어지게 한다.

뿐만 아니라 풍수해가 발생할 경우 취수관로가 유실되거나 탁도가 증가하여 취수가 불가능한 경우도 발생한다. 수산시장, 어판장, 횟집, 육상 해수 양식장 등도 같은 문제를 안고 있으며 특히 수산시장, 어판장, 횟집, 육상 해수 양식장의 경우 해마다 발생하는 적조로 인하여 많은 피해가 발생하기도 한다.

이를 해결하기 위하여 해안이 인접한 육상에 관정을 뚫어 지하해수를 개발하기도 하는데 시추의 방법을 사용하기 때문에 성공여부가 담보되지 않고, 개발비용이 많이 들며, 사용하기에 충분한 용출량 확보가 쉽지 않고, 대체적으로 염도가 낮아 효율성이 떨어진다.

이와 관련한 선행기술로는 해수를 취수하는 방법으로 한국등록특허 제10-1365391호'해수 취수장치'를 비롯하여 한국공개특허 공개번호 제10-2010-0113688호 '바다의 모래층을 여과층으로 활용하는 해수취수 시스템' 등의 다양한 기술이 제안되었다.

그러나 대부분 종래 기술들은 적용 범위를 해수에 한정하고 있어서, 적용 범위가 매우 제한적이고 강변 또는 하천 침투수를 활용하지 못하는 단점이 있으며, 농업용수 등의 사용에 충분한 용출량 확보가 쉽지 않은 등 상술한 종래의 문제점들을 해결할 수 없는 것이다.

한국등록특허 제10-1365391호. 한국공개특허 제10-2010-0113688호.

본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 해양 수산물 양식업, 내수면 양식업, 수산 연구시설, 횟집, 항구 주변 활어 보관시설, 수산시장 등의 어업분야를 비롯하여 강변 또는 하천 침투수를 활용한 농업용수 공급 등의 농업분야, 수질개선 사업 등의 환경분야는 물론 상수도 공급이 제외되는 지역(도서, 산간벽지, 군부대 등)의 간이 상수도 취수원 확보 등의 생활분야와 해수 담수화 시설이나 냉각수로 해수를 사용하는 발전소와 염전 생산 시설의 염수공급 등 깨끗한 물이 필요로 하는 다양한 시설과 분야에 적용하여 자연 여과된 침투수를 얻는 여과 침투수 취수 시스템 및 이를 시공하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 수면 또는 수원 아래의 지층에 형성된 모래층 또는 자갈층을 통과하며 자연 여과된 침투수를 취수할 수 있는 유공관과, 상기 유공관을 통하여 유입된 침투수를 1차로 집적할 수 있는 우물 탱크와, 상기 우물 탱크에 모아지는 여과수를 이송하기 위한 이송관과, 상기 이송관을 통해 이송되는 여과수가 모아지며, 상기 우물 탱크보다 하부의 지층에 매설되는 집중 탱크와, 상기 집중 탱크에 모아진 여과수를 외부로 배출하는 육상이송관을 포함하는 여과 침투수 취수 시스템이 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 유공관은 지층을 통과하면서 여과된 침투수를 취수할 수 있는 관체를 포함하며, 상기 관체는 일정한 크기와 간격을 갖고 배열된 타공이 형성되는 상부의 유공부분과, 타공하지 않은 무공의 구조를 갖는 하부의 이송통로로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 유공관은 상기 우물 탱크의 외부를 감싸는 도넛 형태로 단일 또는 적층된 형태로 설치될 수 있다.

또한, 상기 유공관은 상기 관체의 사이에 일정한 간격으로 복수의 집수관이 배치되며, 상기 집수관은 상기 우물 탱크에 연통되어 여과수를 1차로 집적할 수 있게 된다.

본 발명에서, 상기 유공관의 외부에는 복수의 여과망이 설치되고, 각각의 여과망 사이에는 이물질의 여과와 균일한 흡입력을 유지하기 위하여 협착방지 장치가 마련될 수 있다.

이 경우, 상기 협착방지 장치는 탑의 구조를 갖는 다단 형태로 이루어지며, 상기 협착방지 장치의 1단에는 가장 작은 메쉬의 제1 여과망을 배치하고, 상기 협착방지 장치의 2단에는 중간 크기 메쉬의 제2 여과망을 배치하고, 상기 협착방지 장치의 3단에는 가장 큰 메쉬의 제3 여과망을 배치하며, 각 여과망과 협착방지 장치는 볼트로 고정할 수 있다.

한편, 상기 이송관은 무공관으로 이루어지며, 상기 이송관의 취수부는 상기 우물 탱크의 하단부에 설치되고, 이송관의 토출부는 상기 집중 탱크의 상단부에 설치할 수 있다.

상기 집중 탱크에 모아진 여과수는 송수펌프의 작동에 의하여 상기 육상이송관을 통하여 외부로 배출되며, 상기 육상이송관은 집중 탱크의 하단부에 설치될 수 있다.

또한, 상기 집중 탱크의 내부에는 마이크로 버블 발생기를 설치하고, 상기 마이크로 버블 발생기를 구동하기 위하여 집중 탱크의 하단부에는 집중 탱크로부터 순환펌프를 통하여 집중 탱크로 물이 이송되는 순환용 이송관을 설치할 수 있다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 여과 침투수 취수 시스템 시공방법이 제안되는데, 본 발명의 시공방법은 호퍼 준설을 위하여 상하단이 관통된 침하형 가물막이 관체를 준비하는 단계와, 대수층이 포함된 지상에 상기 침하형 가물막이 관체를 수직으로 세워 침하형 가물막이 관체의 내부를 호퍼 준설하면 상기 관체는 준설 공간으로 침하하게 되며 일정한 깊이까지 호퍼 준설을 통한 침하형 가물막이 관체의 침하가 이루어지는 단계와, 자연 여과된 침투수를 취수할 수 있는 유공관과 일체로 이루어지는 우물 탱크 또는 상기 우물 탱크에 모아지는 여과수를 모으는 집중 탱크를 상기 관체 내부에 설치하는 단계와, 상기 침하형 가물막이 관체를 회수하는 단계로 진행될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 침하형 가물막이 관체는 원통의 관을 3개 또는 4개의 면으로 분할한 블록의 조립으로 이루어지고, 상기 블록의 조립을 통하여 형성되는 관체는 준설의 깊이에 따라 적층 조립용 플랜지의 조립을 통하여 수직으로 적층되며, 상기 우물 탱크 또는 집중 탱크의 설치가 끝난 후 회수하기 위한 회수용 러그(LUG)가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명에서 제안하는 다른 시공방법은 내부에 역깔때기 형태의 빈 공간이 형성되고, 하단에 호퍼 준설기의 흡입관을 삽입할 수 있는 홀을 형성하는 구조물을 준비하는 단계와, 자연 여과된 침투수를 취수할 수 있는 유공관과 일체로 이루어지는 우물 탱크 또는 상기 우물 탱크에 모아지는 여과수를 모으는 집중 탱크의 하단과 구조물 체결 결속장치를 사용하여 상기 구조물을 결합하는 단계와, 수면 아래의 지상부 또는 수원의 지상부에 수직으로 놓고 상기 구조물의 홀을 통하여 호퍼 준설기 흡입관을 삽입하여 구조물 내부의 토사를 준설하게 되면 상기 구조물과 우물탱크 또는 집중 탱크가 침하되어 시스템을 설치하는 단계로 진행될 수 있다.

상기 구조물의 하단은 톱니 모양을 갖는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 본 발명은 해양 수산물 양식업, 내수면 양식업, 수산 연구시설, 횟집, 항구 주변 활어 보관시설, 수산시장 등의 어업분야를 비롯하여 강변 또는 하천 침투수를 활용한 농업용수 공급 등의 농업분야, 수질개선 사업 등의 환경분야는 물론 상수도 공급이 제외되는 지역(도서, 산간벽지, 군부대 등)의 간이 상수도 취수원 확보 등의 생활분야와 해수 담수화 시설이나 냉각수로 해수를 사용하는 발전소와 염전 생산 시설의 염수공급 등 깨끗한 물이 필요로 하는 다양한 시설과 분야에 적용하여 다양한 목적에 다량의 깨끗한 물을 공급할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 여과 침투수 취수 시스템이 설치된 상태를 도시한 설치도이다.
도 2는 본 발명의 여과 침투수 취수 시스템의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 유공관과 우물탱크를 확대 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 유공관과 여과망의 결합관계를 나타내는 결합단면도이다.
도 5는 본 발명의 유공관과 여과망을 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 여과 침투수 취수 시스템을 시공하기 위한 침하형 가물막이 관체를 도시한 사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 여과 침투수 취수 시스템이 설치된 상태를 도시한 설치도이고, 도 2는 본 발명의 여과 침투수 취수 시스템의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.

본 발명의 여과 침투수 취수 시스템(100)은 수면 또는 수원 아래의 지층으로부터 2-3미터 하부의 대수층에 형성된 모래층 또는 자갈층을 통과하며 자연 여과된 침투수를 취수할 수 있는 유공관(110)과, 상기 유공관(110)을 통하여 유입된 침투수를 1차로 집적할 수 있는 우물 탱크(140)와, 상기 우물 탱크(140)에 모아지는 여과수를 이송하는 무공 이송관(150)과, 상기 무공 이송관(150)에 의해 이송되는 여과수를 모으는 집중 탱크(160)를 포함하며, 상기 집중 탱크(160)에 모아진 여과수를 육상에 설치된 송수펌프(31)를 사용하여 육상 이송관로를 통하여 배출 공급하는 장치이다.

각각의 구성 요소에 대하여 상세하게 설명하면, 상기 유공관(110)은 지층을 통과하면서 여과된 침투수를 취수할 수 있는 관체(112)를 포함하는데, 상기 관체(112)는 도 3 및 도 5에서 보는 바와 같이, 일정한 크기와 간격을 갖고 일렬로 배치된 타공(112a)을 갖으며, 상기 타공(112a)이 형성된 유공부분이 관체(112)의 외부에 평행한 면적으로 상부 2/3가량을 차지하게 형성되고, 하부의 1/3 가량은 타공하지 않은 무공의 구조를 갖는 이송통로(114)로 구성된 것이 특징이다.

상기 관체(112)는 타공(112a)의 구조를 갖는 침투수 취수용 유공부분이 위로 향하게 장치하고 무공의 구조를 갖는 부분을 아래에 위치하게 설치하며 무공의 구조를 갖는 부분은 유공관(110)의 타공(112a)을 통하여 유입되는 침투수의 이송통로(114)가 된다.

무공의 구조를 갖는 이송통로(114)는 일정한 간격으로 우물 탱크(140)에 여과 침투수를 집수하도록 배치되는 집수관(113)과 연결된다.

이때 집수관(113)은 일정한 간격으로 복수로 장치되는데 이렇게 하면 취수용 유공관(110) 내의 유속 저항을 줄여 집수의 효율이 증가하게 된다.

본 발명은 유공관(110)의 타공(112a)을 통하여 유입된 여과수를 우물 탱크(140)로 이송하는 집수관(113)을 일정한 간격으로 복수로 설치하는 구성을 통하여 집수의 효율성을 높이는 방안을 마련한 것이 특징이다.

지층을 통과면서 여과된 침투수를 취수할 수 있는 유공관(110)은 우물 탱크(140) 외부의 상층부에 방사형으로 설치하거나 또는 우물 탱크(140)의 몸통을 감싸는 형태로 설치하되 유공관(110)과 집수관(113), 우물 탱크(140)는 서로 일체형으로 구성할 수 있다.

상기 우물 탱크(140)는 외주면에 상기 유공관(110)이 일정부분 삽입되어 일체형으로 구성되는 형상으로 이루어지며, 상기 유공관(110)을 단수 또는 복수로 적층하여 설치할 수 있다. 상기 유공관(110)을 복수로 설치할 때에도 각각의 유공관(110)에 일정한 간격으로 복수의 집수관(113)이 우물 탱크(140)에 연결되는 일체형으로 구성된다.

상기 우물 탱크(140)를 일체형으로 구성하게 되면 유공관(110)으로부터 직접 육상에 설치된 송수펌프(31)를 사용하여 여과된 물을 공급하는 것보다 취수부에 자연의 압력 부하 이외의 강제력이 개입되지 않아 여과의 효율을 증대할 수 있고 별도로 유량조절 장치를 설치할 필요가 없다.

상기 집수관(113)을 통해 우물 탱크(140)에 여과된 침투수를 모으기 위해 상기 우물 탱크(140)에는 상기 집수관(113)과 연통되게 설치되는 입수관(142)이 구비된다.

한편, 상기 우물 탱크(140)에 모아진 여과수는 무공 이송관(150)을 통하여 집중 탱크(160)로 이송되며, 상기 무공 이송관(150)의 취수부는 우물 탱크(140)의 하단부에 설치되고 토출부는 집중 탱크(160)의 상단부에 설치되는데, 이 경우, 도 1의 하부에 도시된 도면과 같이, 상기 집중 탱크(160)의 상단부는 우물 탱크(140)의 하단부보다 1-2m 낮게 설치되는 것이 바람직하다.

상기 집중 탱크(160)와 우물 탱크(140)를 이와 같이 배치하게 되면 우물 탱크(140)에 모인 여과수를 별도의 동력 없이 이송할 수 있으며 우물 탱크(140)의 내부에 여과되지 않은 미세한 부유물의 침착을 방지할 수 있다.

필요에 따라 우물 탱크(140)는 병렬로 설치하여 취수량을 높일 수 있으며 병렬로 설치되는 우물 탱크(140)는 집중 탱크(160)를 중심으로 방사형으로 설치되고 집중 탱크(160)를 중심으로 방사형으로 연결된 각각의 우물 탱크(140)에 모인 여과수는 모두 집중 탱크(160)로 이송되도록 할 수 있다.

상기 집중 탱크(160)에 연결되는 순환용 토출 이송관(193)에는 마이크로 버블 발생기(180)가 장치되는데 생성된 마이크로 버블은 상기 집중 탱크(160)의 하단의 내부로 공급된다.

마이크로 버블은 물과 기체가 함께 존재할 때 생성되며 기포의 직경이 0.5~10㎛의 미세한 기포로서, 크기가 작아 수중에서 상승속도가 느려 수중의 산소공급이 증가하고 자기가압(自己加壓) 효과가 있어 기포의 내부압력에 의해 에너지를 발생하며 프리라디칼이 생성되어 살균, 세정효과가 뛰어난 특징을 지니고 있어 수질개선분야, 어업분야, 농업분야, 의료분야, 생활분야에서 다양하게 활용되고 있다.

본 발명은 집중 탱크(160)에 유입된 여과수에 마이크로 버블을 생성함으로써 마이크로 버블의 유용한 효과를 유도할 수 있다. 또한, 마이크로 버블 발생기(180)를 작동할 때 발생되는 와류는 집중 탱크(160)의 내부에 여과되지 않은 미세한 부유물의 침착을 방지하게 된다.

아래는 마이크로 버블의 유용한 효과를 활용한 다양한 사례들이다.

- 오사카 다카이시 어항에서는 마이크로 버블을 이용하여 DO 상승 효과 및 저층 환경개선 효과 검증

- 일본 후쿠오카현 온가강은 도심에서 발생하는 생활하수 및 산업 폐수, 가축 분뇨 등이 마지막으로 유입되는 온가강 하구언에 2004년 마이크로 버블 시스템 설치로 녹조 등으로 인한 악취가 제거되고 수질 개선으로 상수도 취수원으로 사용

- 1999년 여름 히로시마에서 히로시마만 적조 생성 시기에 적조와 산소 결핍에 의한 굴 폐사 예방을 위해 굴 양식장에 산소공급을 위하여 마이크로 버블을 계속 공급한 결과 적조제거 및 방지는 물론 굴 성장에도 놀라운 결과를 보였으며 특히 치패 단계에서 성장 속도가 현저하며, 가리비와 전복에서도 동일한 성장세가 관찰됨.

- 한국 원적외선응용평가연구원에서 실시한 실험 결과에 따르면 마이크로 버블은 대장균, 녹농균, 살모넬라균, 비브리오 균에 대한 99%의 높은 살균을 보임.

- 히로시마 굴 양식업자의 시험 자료에 따르면 마이크로 버블을 사용하지 않고 염소로 살균하는 경우 일반 세균 수가 1 만개, 대장균이 48 개었으나 마이크로 버블을 이용하여 세정한 이후 굴의 보유 세균수를 검사한 결과 일반 세균수가 300 개 이하로 거의 검출 되지 않았고, 대장균도 18개 이하로 탐지되어 우수한 살균효과가 입증됨.

그리고 본 발명은 집중 탱크(160)의 상단에 에어포켓 방지용 배기관(210)이 설치되고 배기관(210)의 끝단은 육상의 공기 중에 노출되는 것이 특징이다. 에어포켓 방지용 배기관(210)은 마이크로 버블 발생을 통하여 집중 탱크(160) 내에 공기층이 생성될 경우 공기를 외부로 배출시켜 집수의 효율이 저하되는 것을 방지하고 그 외 육상에 설치된 송수펌프(31)를 사용하여 집중 탱크(160)의 여과된 물을 이송할 때에 집중 탱크(160)와 이송관(150)를 통하여 연결 구조를 갖는 취수부의 유공관(110)에 자연 압력 부하 이외의 강제력이 개입되는 것을 방지하여 여과의 효율이 증대되도록 한다.

마이크로 버블 발생을 위하여 집중 탱크(160)로부터 순환펌프(32)로 물을 이송하는 역할을 하는 이송관(190, 191, 192) 중 집중 탱크(160)의 저수량이 부족한 경우가 발생하여 순환펌프(32)와 송수펌프(31)가 공회전을 할 때 이것을 방지하기 위한 목적으로 합류이송관(190)에는 압력센서(11)를 설치하고, 집중 탱크(160)의 물이 부족하여 순환펌프(32)로 물을 이송하는 합류이송관(190) 내부의 압력에 변화가 생길 경우 육상의 송수펌프(31)와 마이크로 버블 발생 장치용 순환펌프(32)의 공회전을 방지하는 장치를 마련하되 순환펌프(32)로 물을 이송하는 역할을 하는 이송관(191, 192)은 순환펌프(32)의 흡입구에 도달하기 전에 합류이송관(190)으로 합쳐지는 것이 특징이다.

합류이송관(190)을 통하여 순환펌프(32)로 이송된 물은 순환펌프(32)로부터 순환용 토출 이송관(193)을 통하여 집중 탱크(160)로 이송되고 집중 탱크(160)에 연결되는 순환용 토출 이송관(193)에는 마이크로 버블 발생기(180)가 장치된다.

본 발명은 여과 침투수가 유입되는 유공관(110)의 외부에 침착되는 이물질을 제거하기 위하여 역세척관(51)을 설치하는 것이 특징이다. 역세척관(51)은 에어포켓 방지용 배기관(210)을 통하여 삽입되고 집중 탱크(160)의 내부와 우물 탱크(140)와 연결되는 이송관(150)의 내부 그리고 우물 탱크(140) 내부와 집수관(113)의 내부를 통과하여 여과 침투수가 유입되는 유공관(110)의 내부로 연결되는 구조를 가지며, 무공관으로 구성되나 오직 여과 침투수가 유입되는 유공관(110)의 내부에는 산기관의 형태를 가지는 것이 특징이다.

유공관(110)의 외부에 침착되는 이물질을 제거할 때에는 압축 공기를 역세척관(51)에 주입하고 유공관(110)의 내부에 설치된 산기관을 통하여 압축공기가 폭기되어 외부에 침착된 미세한 이물질은 비산이 이루어져 제거된다.

상기 집중 탱크(160)에 저장된 여과수는 육상에 설치된 송수펌프(31)를 사용하여 무공 이송관(150)를 통하여 공급하게 되는데 무공 이송관(150)의 취수부는 집중 탱크(160)의 하단부에 설치된다.

본 발명의 설치 장소와 관련하여 조수 간만의 차이가 큰 지역의 경우, 도 1의 하부에 도시한 도면과 같이, 지하 대수층의 상부에 일정한 수원을 확보하기 위한 물막이 보(70)를 설치하는 것이 특징이다.

물박이 보(70)를 넘어 온 밀물이 썰물 때에는 물박이 보(70)에 갖히게 되고 갖힌 물은 하부의 모래층 또는 자갈층의 대수층의 수원으로 사용된다.

여과 침투수 시스템의 설치방법과 관련하여 종래의 기술은 일반적으로 포크레인과 같은 기계장비 등을 통한 터파기(한국등록특허 제10-1551889호) 또는 굴착의 방법(한국공개특허 공개번호 제10-2010-0113688호: 해안 또는 해안에서 멀리 떨어지지 않은 곳에 해수면 이하 일정 깊이까지 파내려간 터널)을 제안하고 있으나 본 발명의 시스템 시공방법은, 시스템이 설치되는 면적의 주변 일부를 포함하는 크기(지름 5m-6m)의 양 끝단이 관통된 침하형 가물막이 관체(24)(도 6 참고)를 수직으로 놓고 지면과 닿은 관체(24)의 내부 지층을 터파기 또는 호퍼 준설한 후 시스템을 장치하고 침하형 가물막이 관체(24)는 회수하는 순서로 설치하는 것이 특징이다.

침하형 가물막이 관체(24)는 원통의 관을 3-4개 면으로 분할한 플랜지를 형성한 블록(24a)의 조합으로 이루어지고, 상기 블록(24a)의 조립을 통하여 형성되는 관체(24)는 준설의 깊이에 따라 적층 조립용 플랜지(24b)의 조립을 통하여 수직으로 확장할 수 있도록 한다.

시스템의 설치가 끝난 후에 침하형 가물막이 관체(24)는 회수용 러그(LUG)(24c)를 통하여 회수하는 것이 특징이다.

또한, 설치 장소가 모래층 또는 모래와 작은 자갈로 구성된 연약 지반층일 경우에 본 발명은 가물막이 대체용 관로(24)를 사용하는 설치 방법 이외에 우물 탱크(140) 또는 집중 탱크(160)의 하단에 결합되는 일정한 중량을 갖는 별도의 구조물(21)을 장치하여 시스템을 설치하는 방법을 제안한다.

상기 구조물(21)의 내부는 깔떼기를 엎어 놓은 형태의 빈 공간을 형성하고, 빈 공간은 호퍼 준설기의 흡입관을 삽입할 수 있는 홀(23)을 형성하며 구조물(21)의 하단은 톱니 모양을 갖는 것이 특징이다.

상기 우물탱크(140) 또는 집중 탱크(160)와 결합하는 별도의 구조물을 사용한 구체적인 시스템 설치 방법을 설명하면, 구조물(21)을 우물탱크(140) 또는 집중 탱크(160)의 하단과 구조물 체결 결속장치(22)를 사용하여 결합하고 수면 아래의 지상부 또는 수원의 지상부에 수직으로 놓고 구조물의 홀(23)을 통하여 호퍼 준설기 흡입관을 삽입하여 구조물(21) 내부의 토사를 준설하게 되면 구조물(21)과 우물탱크(140) 또는 집중 탱크(160)는 침하되어 시스템의 설치가 이루어지게 되는데 이는 마치 자연에서 관찰되는 개미귀신의 집과 유사한 구조를 가지는 설치 방법이다.

이와 같은 구조물(21)을 이용한 시공방법은 통상의 터파기 또는 굴착의 방법으로 시스템을 매설할 경우 터파기 또는 굴착의 깊이와 비례하게 시공면적 주변으로 광범위한 토사의 붕괴와 유입이 발생하기 때문에 시공의 면적이 넓어지게 되며 이를 극복하기 위한 별도의 가물막이 공사를 진행하기도 하고 이에 따라 작업공정과 작업기간이 늘어나고 시공시 많은 오탁수가 발생하게 되는 종래의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

그러나, 대수층이 포함된 지반의 터파기 또는 굴착과 관련하여 본 발명이 제안하는 각각의 시공방법은 시공면적을 최소화할 수 있고 시공이 간편하여 공사비가 적게 들며 시공시에 발생하는 오탁수 오염을 최소화할 수 있다.

도 3은 본 발명의 유공관과 우물탱크를 확대 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 유공관과 여과망의 결합관계를 나타내는 결합단면도이고, 도 5는 본 발명의 유공관과 여과망을 도시한 분해 사시도이다.

한편, 침투수 유공관(110)의 막힘을 방지하기 위하여 본 발명에서는 도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 여과망(41)(42)(43)을 이용하여 침투수 유공관(110)의 외부를 감싸는 형태로 배치한다.

상기 여과망(41)(42)(43)은 가는 메쉬구조를 갖는 순서대로 균일한 흡입력을 유지하기 위하여 탑의 구조를 갖는 링으로 형성된 협착방지 장치(44)를 마련하고 고정볼트(45)를 사용하여 여과망(41)(42)(43)과 협착방지 장치(44)를 고정한다.

여기서, 상기 여과망(41)(42)(43)은 각각 메쉬가 다르게 형성됨이 바람직하며, 상기 유공관(110)의 외주면에 감기는 제1 여과망(41)이 가장 가는 메쉬로 이루어지고 가장 외측에 감기는 제3 여과망(43)이 가장 굵은 메쉬로 이루어질 수 있다.

이와 같은 본 발명을 구성을 통해 자연 여과된 침투수를 취수하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

수면 또는 수원 아래의 지층을 통과한 여과 침투수는 침투수 취수용 유공관(110)으로 유입되고 취수용 유공관(110)의 하단부 1/3 가량은 무공관의 형상으로 이루어졌으므로, 상기 유공관(110)으로 유입되는 침투수의 이송통로(114)가 되어 집수관(113)을 통하여 우물 탱크(140)로 모아진다.

이때 침투수 취수용 유공관(110)은 우물 탱크(140)와 일체형으로 구비되고 침투수 취수용 유공관(110)은 우물 탱크(140) 외부를 감싸는 도넛 형태로 단일 또는 수직 병렬로 설치하거나 우물 탱크(140) 상단에 방사형으로 설치할 수 있다.

또한 각각의 침투수 취수용 유공관(110)은 일정한 간격으로 복수의 집수관(113)이 배치되는데 이로써 집수관 길이에 비례하여 압력강하가 발생함으로써 취수효율이 떨어지는 현상을 극복하기 위한 점확관을 사용하지 않고도 유공관(110) 내부의 유속저항을 줄여 취수용 유공관(110) 전체에 대하여 균등한 취수가 가능하고 단위 길이당 침투수 유입율이 증가하게 된다.

우물 탱크(140)에 모아진 여과수는 이송관(150)를 통하여 집중 탱크(160)로 보내지게 된다.

이송관(150)는 무공관으로 이송관(150)의 취수부는 우물 탱크(140)의 하단부에 설치하고 이송관(150)의 토출부는 집중 탱크(160)의 상단에 설치하되 집중 탱크(160)의 상단은 우물 탱크(140)의 하단보다 1-2m 아래에 위치하는 것을 특징으로 한다.

집중 탱크(160)에 모아진 여과수는 송수펌프(31)의 작동에 의하여 육상이송관(197)을 통하여 외부로 배출된다. 육상이송관(197)은 집중 탱크(160)의 하단부에 장치한다.

또한, 순환용 토출 이송관(193)에는 마이크로 버블 발생기(180)를 설치하고, 마이크로 버블 발생기(180)를 구동하기 위하여 집중 탱크(160)의 하단부에 집중 탱크(160)로부터 순환펌프(32)를 통하여 집중 탱크(160)로 물이 이송되는 순환용 이송관(190, 191, 192, 193)을 장치한다.

그리고 집중 탱크(160)의 상단부에는 집중 탱크(160)의 내부에 형성되는 에어포켓을 제거하는 배기관(210)을 장치한다.

침투수 취수용 유공관(110) 외부에 흡착된 이물질을 제거하기 위하여 역세척관(51)을 설치하게 되며 역세척관(51)은 배기관(210)을 통하여 삽입하고 집중 탱크(160)의 내부와 이송관(150), 우물 탱크(140), 집수관(113) 내부를 통하여 침투수 취수용 유공관(110)의 내부에 장치된다.

상기 역세척관(51)은 압축 공기를 사용하여 침투수 취수용 유공관(110) 외부의 흡착물을 제거하게 되며 무공관으로 구성되나 오직 침투수 취수용 유공관(110)의 내부에서는 압축공기를 배출할 수 있는 산기관의 구조를 갖는다.

상기 집중 탱크(160)의 저장수 부족시에 송수펌프(31)와 순환 펌프(32)의 공회전을 방지하기 위하여 이송관(190)에는 압력 센서(11)를 설치한다.

이때 집중 탱크(160)에 연결되는 이송관(191)의 취수부는 집중 탱크(160)의 하단부에 위치하고 수위 인식 이송관(192)의 취수부는 집중 탱크(160)의 하단부로부터 50-60cm 높은 곳에 위치하며, 순환용 취수 이송관(191)과 수위 인식 이송관 (192)은 합류이송관(190)으로 합쳐져 물을 순환 펌프(32)로 이송한다.

우물 탱크(140)와 침투수 취수용 유공관(110)은 침투수의 유입이 용이하도록 수면 또는 수원 바로 아래 대수층의 모래층이나 파쇄된 암반층에 터파기 등의 방법으로 장치한 후 되메우는 작업을 하여 모래, 해초류, 어패류 등의 이물질이 자연 여과된 양질의 여과수를 취수하게 되며 여과층이 되는 대수층의 모래층이나 파쇄된 암반층의 두께는 침투수 취수용 유공관(110)의 상층부로부터 2-3미터 정도로 한다.

본 발명 시스템은 매설되어 설치되는데 일반적인 매설 방법은 터파기 또는 굴착 후 되메우기의 순서로 시공한다. 본 발명은 시스템의 매설방법과 관련하여 이러한 일반적인 시공방법 이외에 호퍼 준설의 방법을 제안한다.

우선 호퍼 준설을 위하여 양 끝단이 관통된 침하형 가물막이 관체(24)를 구비하고 대수층이 포함된 지상에 침하형 가물막이 관체(24)를 수직으로 세워 침하형 가물막이 관체(24)의 내부를 호퍼 준설하면 관체는 준설 공간으로 침하하게 되며 일정한 깊이까지 호퍼 준설을 통한 침하형 가물막이 관체(24)의 침하가 이루어지면 시스템을 설치하고 침하형 가물막이 관체(24)는 회수하는 것이 특징이다.

또한, 시스템을 설치하고자 하는 수면 또는 수원 밑의 지질구조가 모래층과 같은 연약 지반일 경우 우물탱크(140)의 하단부에 일정한 중량을 지닌 구조물(21)을 결속하고 구조물(21)의 내부를 호퍼 준설하게 되면 구조물(21)과 결합한 우물탱크(140)는 침하되어 시스템의 설치가 이루어지게 되는 것이 특징이다.

한편, 침투수 취수용 유공관(110)은 관체 외부의 2/3의 평행한 면적에 5-6㎝ 간격으로 10-15mm 크기로 타공한 취수공을 배치하고 이송통로(114)는 취수용 유공관(110)과 동일한 관체로서 침투수 취수용 유공관(110)을 형성하는 취수공 면적을 제외한 외부 1/3 평행한 면적에 무공으로 구성된다. 침투수 취수용 유공관(110), 그리고 동일한 관체인 이송통로(114)의 외부에는 1-2mm 크기의 작은 메쉬 구조를 갖는 제1 여과망(41)을 부착하고 제1 여과망(41)의 외부에는 이보다 큰 3-4mm 크기의 메쉬 구조를 갖는 제2 여과망(42)을 부착하고 제2 여과망의 외부에는 10-15mm 내외 크기의 메쉬 구조를 갖는 제3 여과망(43)을 부착하게 되는데, 유공관(110)을 비롯한 제1 여과망(41), 제2 여과망(42), 제3 여과망(43) 각각의 사이에는 이물질의 여과와 균일한 흡입력을 유지하기 위하여 협착방지 장치(44)를 마련한다.

협착방지 장치(44)는 침투수 취수용 유공관(110)의 외부에 5mm-10mm 내외의 일정한 두께를 형성하는 탑의 구조를 같는 밴드로 구성되며 침투수 취수용 유공관(110)의 외부에 융착하여 설치하고 침투수 취수용 유공관(110)의 외부에 일정한 간격으로 배치된다.

탑의 구조, 즉 다단의 밴드로 구성된 협착방지 장치(44)의 1단에는 제1 여과망(41)을 배치하고, 상기 협착방지 장치(44)의 2단에는 제2 여과망(42)을 배치하고, 상기 협착방지 장치(44)의 3단에는 제3 여과망(43)을 배치하고 각 여과망과 협착방지 장치(44)는 볼트(45)로 고정한다.

이와 같은 본 발명의 장점은 다음과 같다.

먼저, 시스템을 구성하는 우물 탱크(140)를 비롯한 집중 탱크(160)는 PE 물통을 사용하고, 이송관(150), 집수관(113), 유공관(110) 등의 구성품이 플라스틱 계열의 기성 자재로 구성되어 모두 육상에서 제작되므로 제작비용이 저렴하다.

또한, 시공이 간단하여 수일 이내에 설치가 가능하고 시공비용을 획기적으로 줄일 수 있다.

또한, 우물 탱크(140)에 취수용 유공관(110)을 병렬로 연결하거나 집중 탱크(160)에 우물 탱크(140)를 병렬로 연결하는 등의 방법으로 취수의 확장성이 뛰어나다.

취수용 유공관(110)이 우물 탱크(140)의 외부를 감싸는 형태로 설치하더라도 취수용 유공관(110)을 적층으로 구성할 수 있고 집수관(113)과 일체형으로 이루어져 단위 면적당 취수율이 뛰어나다.

수변과 가까운 수면의 지하 또는 수원 바로 아래의 대수층 지하에 설치하므로 항상 일정한 취수량을 확보할 수 있다.

시스템이 매설되므로 풍랑 조류에 상관없이 항상 깨끗한 취수가 가능하며 관로 유실에 따른 유지보수 비용이 들지 않으며 모래, 해초류, 어패류의 유입이 차단되어 취수부 또는 육상 이송관로가 폐색되는 문제를 해결할 수 있다.

2-3미터의 두께의 자연 여과체를 통하여 취수되는 여과 침투수는 녹조와 적조의 피해를 줄일 수 있다.

대부분의 시스템이 매설되어 설치되므로 지상에서의 점유면적이 최소화되고 주위의 경관을 해치지 않으며 토지의 형질을 변경시키지 않고도 설치할 수 있다.

한 지점에서의 대용량의 취수가 가능하므로 유지관리가 용이하며 일부 집수장치에 문제가 발생하더라도 시스템 운영에 큰 영향 없이 보수가 가능하다.

집중 탱크(160)에 설치되는 마이크로 버블 발생기(180)를 통하여 생성되는 마이크로 버블은 용존산소량을 높이고 강력한 살균효과가 있어 단순히 여과된 침투수에 비하여 수질이 매우 개선된 물을 공급할 수 있다.

유속이 정체되어 수질이 악화되는 소하천에 설치하여 수질이 개선된 여과수를 육상 이송관로를 통하여 유속의 정체 구간에 공급하는 방법으로 하천 수질을 개선할 수 있다.

본 발명 시스템의 설치와 관련하여 본 발명이 제안하는 설치 방법에 대한 기술은 시공이 간편하고 비용이 적게 들며 시공 시에 발생하는 오탁수를 줄일 수 있다.

이와 같은 본 발명은 해양 수산물 양식업, 내수면 양식업, 수산 연구시설, 횟집, 항구 주변 활어 보관시설, 수산시장 등의 어업분야를 비롯하여 강변 또는 하천 침투수를 활용한 농업용수 공급 등의 농업분야, 수질개선 사업 등의 환경분야는 물론 상수도 공급이 제외되는 지역(도서, 산간벽지, 군부대 등)의 간이 상수도 취수원 확보 등의 생활분야와 해수 담수화 시설이나 냉각수로 해수를 사용하는 발전소와 염전 생산 시설의 염수공급 등 깨끗한 물이 필요로 하는 다양한 시설과 분야에 적용이 가능한 기술이다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

41: 제1 여과망 42: 제2 여과망
43: 제3 여과망 44: 협착방지 장치
100: 여과 침투수 취수 시스템 110: 유공관
112: 관체 112a: 타공
114: 이송통로 140: 우물 탱크
150: 무공 이송관 160: 집중 탱크
180: 마이크로 버블 발생기 190: 합류이송관
197: 육상이송관 210: 배기관

Claims (17)

1. 수면 또는 수원 아래의 지층에 형성된 모래층 또는 자갈층을 통과하여 자연 여과된 침투수를 취수할 수 있는 관체를 포함하며, 상기 관체는 일정한 크기와 간격으로 배열된 타공이 형성되는 상부의 유공부분과, 타공하지 않은 무공의 구조를 갖는 하부의 이송통로로 이루어지는 유공관;
   상기 유공관을 통하여 유입된 침투수를 1차로 집적할 수 있는 우물 탱크;
   상기 우물 탱크에 모아지는 여과수를 이송하기 위한 이송관;
   상기 이송관을 통해 이송되는 여과수가 모아지며, 상기 우물 탱크보다 하부의 지층에 매설되는 집중 탱크; 및
   상기 집중 탱크에 모아진 여과수를 외부로 배출하는 육상이송관;
   을 포함하며,
   상기 유공관은 상기 우물 탱크의 외부를 감싸는 도넛 형태로 단일 또는 적층된 형태로 설치되고,
   상기 이송관의 취수부는 상기 우물 탱크의 하단부에 설치되고, 이송관의 토출부는 상기 집중 탱크의 상단부에 설치하여 상기 우물 탱크에 모인 여과수를 별도의 동력 없이 상기 집중 탱크로 이송하는 것을 특징으로 하는 여과 침투수 취수 시스템.
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3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 유공관은 상기 관체의 사이에 일정한 간격으로 복수의 집수관이 배치되며, 상기 집수관은 상기 우물 탱크에 연통되어 여과수를 1차로 집적할 수 있는 것을 특징으로 하는 여과 침투수 취수 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 유공관의 외부에는 복수의 여과망이 설치되고,
   각각의 여과망 사이에는 이물질의 여과와 균일한 흡입력을 유지하기 위하여 협착방지 장치가 마련되는 것을 특징으로 하는 여과 침투수 취수 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 협착방지 장치는 탑의 구조를 갖는 다단 형태로 이루어지며,
   상기 협착방지 장치의 1단에는 가장 작은 메쉬의 제1 여과망을 배치하고, 상기 협착방지 장치의 2단에는 중간 크기 메쉬의 제2 여과망을 배치하고, 상기 협착방지 장치의 3단에는 가장 큰 메쉬의 제3 여과망을 배치하며,
   각 여과망과 협착방지 장치는 볼트로 고정하는 것을 특징으로 하는 여과 침투수 취수 시스템.
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 집중 탱크에 모아진 여과수는 송수펌프의 작동에 의하여 상기 육상이송관을 통하여 외부로 배출되며,
   상기 육상이송관은 집중 탱크의 하단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 여과 침투수 취수 시스템.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 집중 탱크에 연결되는 순환용 토출 이송관에는 마이크로 버블 발생기를 설치하고,
   상기 마이크로 버블 발생기를 구동하기 위하여 집중 탱크의 하단부에는 집중 탱크로부터 순환펌프를 통하여 집중 탱크로 물이 이송되는 순환용 이송관을 설치하는 것을 특징으로 하는 여과 침투수 취수 시스템.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 집중 탱크의 저수량이 부족한 경우, 순환펌프와 송수펌프의 공회전을 방지하기 위하여 합류이송관에는 압력센서를 설치하는 것을 특징으로 하는 여과 침투수 취수 시스템.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 집중 탱크의 상단에 에어포켓 방지용 배기관이 설치되고, 상기 배기관의 끝단은 육상의 공기 중에 노출되는 것을 특징으로 하는 여과 침투수 취수 시스템.
12. 청구항 1에 있어서,
    여과 침투수가 유입되는 상기 유공관의 외부에 침착되는 이물질을 제거하기 위하여 역세척관을 설치하는 것을 특징으로 하는 여과 침투수 취수 시스템.
13. 청구항 1에 있어서,
    조수 간만의 차이가 큰 지역의 경우, 지하 대수층의 상부에 일정한 수원을 확보하기 위한 물막이 보를 설치하는 것을 특징으로 하는 여과 침투수 취수 시스템.
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