KR101933002B1 - 선택적 초기 우수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강우시 유입된 우수의 비점오염을 저감시킬 수 있는 초기 우수 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비점오염원을 포함하는 강우 초기의 우수만을 선택적으로 처리할 수 있는 선택적 초기 우수 처리장치에 관한 것이다.

Description

선택적 초기 우수 처리장치{APPARATUS FOR POLLUTION REDUCING SELECTIVELY OF EARLY RAINFALL}

본 발명은 강우시 유입된 우수의 비점오염을 저감시킬 수 있는 초기 우수 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비점오염원을 포함하는 강우 초기의 우수만을 선택적으로 처리할 수 있는 선택적 초기 우수 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 비점오염원이라 함은 도시, 도로, 농지, 산지, 공사장 등의 불특정 장소에서 불특정하게 수질오염 물질을 배출하는 배출원을 말한다(수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 제2조제2호).

점오염원은 공장, 가정하수, 분뇨처리장, 축산농가 등으로 집중적이고, 배출지점이 명확하고, 배출된 오염원이 관거를 통해 한 지점(처리장)으로 집중적으로 배출되며, 포집이 용이하고 처리 효율이 비교적 높다.

반면, 비점오염원의 경우 대지, 도로, 높, 밭, 임야, 대기중 오염물질 등으로 인위적 또는 자연적이고 배출지점이 불특정/불명확하며, 희석, 확산되면서 넓은 지역으로 확산된다. 특히 강우시와 같은 자연요인에 영향을 많이 받는다.

이에, 최근에는 비점오염을 저감시키는 여러 대안 중의 하나로써 강우시 일순간 유입되는 우수에 의해 관거를 통해 비점오염원 확산되는 것을 방지하고, 비점오염을 저감시키는 장치가 제안되고 있다.

예컨대, 한국등록특허 제10-1635910호의 '비점오염원 여과장치' 및 한국공개특허 제2014-0032661호의 '비점오염원 저감장치' 등에서는 우수로나 우수관거 등에 설치된 다단 구조의 필터장치를 제안하고 있다.

그러나 이상과 같은 종래기술은 우수가 유입되면 어떠한 조건없이 일률적으로 우수를 처리하기 때문에, 통상 비점오염원이 포함된 초기 우수 이외에 깨끗한 우수까지 처리하는 문제가 있다.

한국등록특허 제10-1635910호 한국공개특허 제2014-0032661호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강우시 유입된 우수의 비점오염을 저감시킴에 있어서, 비점오염원을 포함하는 강우 초기의 우수만을 선택적으로 처리할 수 있는 선택적 초기 우수 처리장치를 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 선택적 초기 우수 처리장치는 유입된 우수가 흐르는 우수 관거와; 유입된 하수가 흐르는 하수 관거와; 입력단이 상기 우수 관거에 연결되는 유입관과; 출력단이 상기 하수 관거에 연결되는 바이패스관과; 오염 상태에 따라 변화하는 상기 우수의 색도를 검출하는 수질 센서와; 상기 바이패스관에 설치되며, 상기 수질 센서에서 검출한 우수의 색도에 따라 오염물질의 저감이 필요한 경우 닫혀서 상기 바이패스관을 폐쇄시키는 수문과; 상향류(up flow)가 형성되도록 수직 방향으로 세워져 설치되고, 하부에는 상기 유입관의 출력단과 바이패스관의 입력단이 각각 연결되며, 상기 수문이 닫힌 경우 상기 우수가 유입되어 상향류를 형성시키는 수직 안내관과; 상기 수직 안내관의 상부에 설치되며, 상기 수직 안내관을 따라 상승한 우수를 정화시키는 필터 모듈과; 상기 필터 모듈을 통과함에 따라 오염물질이 저감된 우수를 상기 우수 관거로 되돌려 보내는 처리수 배출관과; 상기 필터 모듈의 상부에 설치되며, 상기 필터 모듈을 통과하지 못한 우수가 월류되는 월류 수조; 및 상기 월류 수조로 월류된 우수를 상기 하수 관거로 배출시키는 월류 배관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 유입관에는 이물질을 걸러내는 스크린이 설치되고, 상기 우수 관거와 유입관은 서로 직교하는 방향으로 연결됨에 따라 상기 우수가 직교류(cross-flow)를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 필터 모듈은 생물 고분자인 알지네이트(alginate) 여재(filter material)를 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 수직 안내관의 유입단에는 적어도 하나 이상의 스크류 형상 날개를 포함한 와류 발생기가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 강우에 따른 우수 유입시 수질 센서로 우수의 색도를 검출하여 비점오염원 포함 여부를 판단하고, 비점오염 존재시에만 우수의 흐름을 처리 장치로 변경한다.

따라서, 비점오염원을 포함하는 강우 초기의 우수만을 선택적으로 처리할 수 있게 한다. 또한, 필터 모듈에 알지네이트를 포함함으로써 우수에 포함된 유기물질은 물론 이온성 물질 역시 처리할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 선택적 초기 우수 처리장치를 나타낸 정단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 선택적 초기 우수 처리장치를 나타낸 평면도이다.
도 3은 상기 도 1의 와류 발생기를 나타낸 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 유동 경로(우수 처리)를 나타낸 도이다.
도 4b는 본 발명의 제2 유동 경로(우수 월류)를 나타낸 도이다.
도 4c는 본 발명의 제3 유동 경로(우수 바이패스)를 나타낸 도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선택적 초기 우수 처리장치에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 선택적 초기 우수 처리장치를 나타낸 정단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 선택적 초기 우수 처리장치의 평면도로써 도 1의 A-A' 방향에서 바라본 것이다.

도 1 및 도 2와 같이, 본 발명에 따른 선택적 초기 우수 처리장치는 우수 관거(R-P), 하수 관거(S-P), 유입관(10), 바이패스관(20), 수질 센서(30), 수문(floodgate)(40), 수직 안내관(50), 필터 모듈(60), 처리수 배출관(70), 월류 수조(80) 및 월류 배관(81)을 포함한다.

이러한 구성에서, 본 발명은 수문(40)이 닫힌 상태에서, 우수 관거(R-P), 유입관(10), 수직 안내관(50), 필터 모듈(60) 및 처리수 배출관(70)은 순차로 제1 유동 경로를 형성하며, 비점오염원이 포함된 우수는 필터 모듈(60)에 의해 처리된 후 수계로 방류된다.

또한, 마찬가지로 수문(40)이 닫힌 상태에서, 우수 관거(R-P), 유입관(10), 수직 안내관(50), 월류 수조(80), 월류 배관(81) 및 하수 관거(S-P)는 순차로 제2 유동 경로를 형성하며, 필터 모듈(60)에 의해 처리되지 못한 우수가 월류된 후 하수 관거(S-P)를 통해 하수 처리장으로 방류된다.

반면, 수문(40)이 열린 상태에서, 우수 관거(R-P), 유입관(10), 바이패스관(20) 및 하수 관거(S-P)는 순차로 제3 유동 경로를 형성하며, 깨끗한 우수의 경우는 수문(40)이 열린 상태에서 필터 모듈(60)에서 처리하지 않고 바로 하수 처리장으로 방류된다.

위와 같이 본 발명은 수질 센서(30)로 우수의 색도를 검출하여 비점오염원 포함 여부를 판단하고, 비점오염 포함시에는 선택적으로 제1 유동 경로를 통해 우수를 처리하고, 처리에 한계시에는 제2 유동 경로를 통해 하수 처리장으로 보내 하수 처리장에서 집중 처리한다.

반면, 초기 우수에 비점오염원이 없거나 오염도가 기준 이하로 낮은 경우나 혹은 초기 우수 이후 일정 시간이 지나서 유입된 깨끗한 우수가 유입된 경우에는 제3 유동 경로를 통해 여과 처리 없이 바로 하수 처리장으로 방류한다.

따라서, 비점오염원을 포함하는 강우 초기의 우수만을 선택적으로 처리할 수 있게 한다. 아울러, 후술할 필터 모듈(60)에 알지네이트를 포함함으로써 우수에 포함된 유기물질은 물론 이온성 물질 역시 처리할 수 있게 한다.

이를 위해, 상기 우수 관거(R-P)는 강우시 우수가 유입되어 흐르는 배관으로 기존에 설치되어 있는 우수 관거(R-P)를 설계변경(예: 유입관 연결)하여 본 발명에 적용하거나 본 발명에 바로 적용 가능하도록 새로운 관거를 설치한다.

하수 관거(S-P)는 하수 차집관이라고도 하는 것으로 하수를 하수 처리장으로 안내한다. 이 역시 기존에 설치되어 있는 하수 관거(S-P)를 설계변경(예: 바이패스관 연결)하여 본 발명에 적용하거나 새로운 하수 관거(S-P)를 설치한다.

유입관(10)은 입력단이 우수 관거(R-P)에 연결되는 것으로, 우수 관거(R-P)에서 유입된 우수를 본 발명의 처리 장소로 안내한다. 우수 처리 장소는 후술하는 바와 같이 필터 모듈(60)이 대표적이나 경우에 따라 월류 수조(80)나 바이패스관(20)도 포함한다.

바이패스관(20)은 출력단이 하수 관거(S-P)에 연결되는 것으로, 그 반대측의 입력단은 초기 우수의 바이패스시 유입관(10)에 연결되는 것을 목적으로 한다. 바이패스는 초기 강우 유출수를 별도의 정화 처리 없이 바로 하수 관거(S-P)로 배출하는 것을 의미한다.

이러한 바이패스관(20)은 유입관(10)을 통해 유입된 우수가 당해 바이패스관(20)으로 자연스럽게 흘러들어올 수 있도록, 가급적 유입관(10)과 동일 높이나 그 보다 낮은 위치에 배관되는 것이 바람직하다.

수질 센서(30)는 오염 상태에 따라 변화하는 우수의 색도(chromaticity)를 검출하는 것으로, 색도는 눈으로 느끼는 색의 측색적인 성질과 밝기(자극값) 중에서 밝기를 무시한 색의 성질을 의미한다.

이때, 초기 강우 유출수(즉, 우수)에 비점오염원이 포함되어 있는지 및/또는 비점오염원의 함유량이 어느 정도인지에 따라 우수의 색도가 달라지므로, 수질 센서(30)에서 검출한 색도값에 따라 우수의 처리가 필요한지 판단할 수 있다.

이를 위해 수질 센서(30)는 우수 관거(R-P) 중 유입관(10)의 상류측에 설치되거나, 우수 관거(R-P)가 유입관(10)에 연결되는 부분에 설치되거나, 혹은 유입관(10) 내에 설치되어 선택적으로 우수를 처리(즉, 비점오염시 정화 처리) 할지 판단하게 된다.

수문(40)은 바이패스관(20)에 설치된다. 바람직하게는 바이패스관(20)의 입력측 단부 내에 설치된다. 바이패스관(20)의 입력측 단부는 후술하는 바와 같은 수직 안내관(50)에 연결되는 부분이기도 한다.

이러한 수문(40)은 바이패스관(20) 내부의 유로를 개폐하는 것으로, 도시된 바와 같이 미닫이 방식 디스크 밸브는 물론 셔터 방식을 비롯한 다양한 타입의 것이 적용될 수 있으며, 수질 센서(30)의 검출값에 따라 열리고 닫힌다.

구체적으로 수질 센서(30)에서 검출한 우수의 색도에 따라 오염물질의 저감이 필요한 경우 닫혀서 바이패스관(20)을 폐쇄시킨다. 수문(40)이 닫혀 바이패스관(20)이 폐쇄되면 유입관(10)을 통해 유입된 우수가 수직 안내관(50)을 통해 필터 모듈(60)로 공급된다. 반면, 수문(40)이 열리면 우수는 별도의 처리없이 하수 관거(S-P)로 방출된다.

수직 안내관(50)은 상향류(up flow)가 형성되도록 수직 방향으로 세워져 설치된다. 이때 하부에는 유입관(10)의 출력단과 바이패스관(20)의 입력단이 각각 연결되며, 수문(40)이 닫힌 경우 우수가 유입되어 상향류를 형성시킨다.

따라서, 수문(40)이 닫힌 경우(우수 처리 필요시) 유입관(10)으로 유입된 우수는 수직 안내관(50)으로 유입되고, 반대로 수문(40)이 열린 경우(우수 처리 불요시)에는 바이패스관(20)으로 유입된다.

필터 모듈(60)은 수직 안내관(50)의 상부에 설치되며, 수직 안내관(50)을 따라 상승한 우수를 정화시킨다. 즉, 우수가 필터 모듈(60)을 통과할 수 있도록 수직 안내관(50)의 상단 배출부에 연결 설치된다.

이러한 필터 모듈(60)은 일 예로 원통 형상의 챔버(61) 내에 설치되며, 필터 모듈(60)을 통과하는 과정에서 정화처리가 이루어진 처리수(즉, 정화된 우수)는 필터 모듈(60)에 연결된 처리수 배출관(70)으로 배출된다.

처리수 배출관(70)은 필터 모듈(60)을 통과하면서 오염물질이 저감된 우수를 우수 관거(R-P)로 되돌려 보내는 것으로, 유입단은 필터 모듈(60)에 연결되고, 배출단은 우수 관거(R-P) 중 유입관(10)이 연결된 부분보다 하류측에 연결된다.

월류 수조(80)는 필터 모듈(60)의 상부에 설치되며, 필터 모듈(60)을 통과하지 못한 우수가 당해 월류 수조(80) 내로 월류(overflow)된다. 이러한 월류 수조(80)에는 수로(80a)가 형성되어 있어서 월류된 우수가 월류 배관(81)으로 안내된다.

월류 배관(81)은 월류 수조(80)로 월류된 우수를 하수 관거(S-P)로 배출시키는 것으로, 입력단은 월류 수조(80)에 연결되고 배출단은 하수 관거(S-P)에 연결된다. 따라서, 필터 모듈(60)에서 처리되지 못하고 월류된 우수는 하수 관거(S-P)를 통해 하수 처리장으로 보내진다.

한편, 이상과 같은 본 발명에 있어서 유입관(10)에는 이물질을 걸러내는 스크린(11)이 설치되고, 우수 관거(R-P)과 유입관(10)은 서로 직교하는 방향으로 연결됨에 따라 우수가 직교류(cross-flow)를 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 도 2를 기준으로 상하 방향으로 배치된 우수 관거(R-P) 대비 유입관(10)을 좌우 수평 방향으로 배치한 상태에서 우수가 유입되도록 유입관(10)을 연결함으로써 직교류가 형성되게 한다.

따라서, 우수에 포함된 협잡물 등이 일시에 흘러들어와서 스크린(11)이 폐색되는 것을 방지하고, 유입관(10)으로의 급격한 우수 유입을 방지하여 안정적인 흐름을 제공함으로써 우수의 정체나 비점오염원의 저감 효과를 상승시킨다.

또한, 상술한 필터 모듈(60)은 생물 고분자인 알지네이트(alginate) 여재(filter material)를 포함하여 구성된 것이 바람직하다. 필터 모듈(60)로써 생물 고분자인 알지네이트를 이용하면 중금속과 같은 이온성 물질을 흡착 및 제거할 수 있게 된다.

알지네이트는 수용액 상태의 유기물질을 제거하기 위한 필터의 일종으로, 미역이나 다시마와 같은 해조류의 20~30%를 차지하는 알긴산과 칼슘 수용액을 혼합하면 비드(beeds) 형태가 되어 이온성 물질을 포집한다.

따라서, 제올라이트(zeolite)와 같은 일반적인 여재와 함께 알지네이트를 혼합하여 필터 모듈(60)을 구성하면 유기물질은 물론 이온성 물질 역시 흡착 및 제거가 가능하여 초기 강우 유출수의 뛰어난 처리 효과를 제공한다.

한편, 위에서 설명을 생략한 와류 발생기(90)는 수직 안내관(50)의 유입단(즉, 도면 기준 하측 개구)에 설치되어 상향류에서 와류(turbulence)가 발생하도록 하는 것으로, 적어도 하나 이상의 스크류 형상 날개를 포함한 구조로 이루어진다.

도 3과 같이 와류 발생기(90)는 일 예로 수직 안내관(50)에 결합하기 위해 테두리 부분을 따라 구비된 설치 프레임(91) 및 상기 설치 프레임(91)의 내측에 고정된 와류 날개(92)를 포함하여 유입된 우수에서 와류가 일어나게 한다.

따라서, 별도의 펌프 없이 흐르는 우수 자체의 흐름만으로 유입관(10)에서 수직 안내관(50)까지 우수가 유동될 수 있게 하고, 여재(70)와의 충돌을 늘리며, 여재 챔버(40) 전체에 분포돤 여재(70)를 통해 균등하게 우수가 흐르도록 한다.

이하, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 위와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 선택적 초기 우수 처리장치의 작용관계에 대해 설명한다.

먼저, 도 4a와 같이 초기 우수에 비점오염원이 기준값 이상 포함되어 색도가 높게 나타나면 수질 센서(30)에서 이를 검출하여 열려 있던 수문(40)을 닫거나, 닫힌 상태를 유지시킨다. 바람직하게 수문(40)은 모터(도시 생략)에 의해 자동으로 여닫히는 방식을 사용한다.

이와 같이 수문(40)이 닫힌 상태에서 비점오염원이 포함된 우수는 제1 유동 경로를 따라 유동하게 된다. 즉, 우수는 우수 관거(R-P), 유입관(10), 수직 안내관(50), 필터 모듈(60) 및 처리수 배출관(70)을 따라 순차로 유동하게 된다.

이 과정에서 필터 모듈(60)을 통과한 우수는 정화 처리되고 정화 처리된 처리수는 처리수 배출관(70)을 통해 우수 관거(R-P)로 보내진다. 나아가 우수 관거(R-P)로 보내진 처리수는 수계 등으로 방출된다.

다음, 도 4b와 같이 위와 같이 비점오염원이 포함되어 있어서 수문(40)이 닫힌 상태에서 필터 모듈(60)에서 미쳐 우수(예: 급격한 강우 유출수 발생)를 처리하지 못한 경우에는 제2 유동 경로를 따라 우수가 흐른다.

제2 유동 경로는 우수가 우수 관거(R-P), 유입관(10), 수직 안내관(50), 월류 수조(80), 월류 배관(81) 및 하수관거를 따라 차로 흐르는 것으로, 하수 관거(S-P)로 방출된 우수는 최종 처리장소인 하수 처리장에서 집중 처리된다.

다음, 도 4c와 같이, 초기 우수가 유입된 후 일정 시간이 지난 후 혹은 초기 우수 유입시임에도 비점오염원이 설정된 기준 이하인 경우에는 제3 유동 경로를 따라 우수를 자연 방출시킨다.

제3 유동 경로는 바이패스 경로에 해당하는 것으로, 수문(40)이 열린 상태에서 우수 관거(R-P), 유입관(10), 바이패스관(20) 및 하수 관거(S-P)를 따라 우수가 순차로 흐르므로, 필터 모듈(60)을 거치지 않고 바로 하수 관거(S-P)로 방출된다.

따라서, 본 발명은 우수의 비점오염 정도에 따라 선택적으로 우수를 처리하고, 미처리시에는 하수 관거(S-P)를 통해 방출하거나 혹은 하수 처리장에서 집중 처리할 수 있게 한다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

R-P:우수 관거
S-P: 하수 관거
10: 유입관
11: 스크린
20: 바이패스관
30: 수질 센서
40: 수문(floodgate)
50: 수직 안내관
60: 필터 모듈
61: 필터 챔버
70: 처리수 배출관
80: 월류 수조
81: 월류 배관

Claims (4)

1. 유입된 우수가 흐르는 우수 관거(R-P)와;
   유입된 하수가 흐르는 하수 관거(S-P)와;
   입력단이 상기 우수 관거(R-P)에 연결되는 유입관(10)과;
   출력단이 상기 하수 관거(S-P)에 연결되는 바이패스관(20)과;
   오염 상태에 따라 변화하는 상기 우수의 색도를 검출하는 수질 센서(30)와;
   상기 바이패스관(20)에 설치되며, 상기 수질 센서(30)에서 검출한 우수의 색도에 따라 오염물질의 저감이 필요한 경우 닫혀서 상기 바이패스관(20)을 폐쇄시키는 수문(40)과;
   상향류(up flow)가 형성되도록 수직 방향으로 세워져 설치되고, 하부에는 상기 유입관(10)의 출력단과 바이패스관(20)의 입력단이 각각 연결되며, 상기 수문(40)이 닫힌 경우 상기 우수가 유입되어 상향류를 형성시키는 수직 안내관(50)과;
   상기 수직 안내관(50)의 상부에 설치되며, 상기 수직 안내관(50)을 따라 상승한 우수를 정화시키는 필터 모듈(60)과;
   상기 필터 모듈(60)을 통과함에 따라 오염물질이 저감된 우수를 상기 우수 관거(R-P)로 되돌려 보내는 처리수 배출관(70)과;
   상기 필터 모듈(60)의 상부에 설치되며, 상기 필터 모듈(60)을 통과하지 못한 우수가 월류되는 월류 수조(80); 및
   상기 월류 수조(80)로 월류된 우수를 상기 하수 관거(S-P)로 배출시키는 월류 배관(81);을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 초기 우수 처리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유입관(10)에는 이물질을 걸러내는 스크린(11)이 설치되고,
   상기 우수 관거(R-P)와 유입관(10)은 서로 직교하는 방향으로 연결됨에 따라 상기 우수가 직교류(cross-flow)를 형성하는 것을 특징으로 하는 선택적 초기 우수 처리장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 필터 모듈(60)은,
   생물 고분자인 알지네이트(alginate) 여재(filter material)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선택적 초기 우수 처리장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 수직 안내관(50)의 유입단에는 적어도 하나 이상의 스크류 형상 날개를 포함한 와류 발생기(90)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 선택적 초기 우수 처리장치.
   

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