KR102351729B1 - 비점 초기우수 여과 및 저류장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 빗물 유입라인이 형성되며 내부에 스크린이 구성되는 집수챔버; 일측에 상기 집수챔버와 연통하여 빗물이 유입되는 유입구와 타측에 빗물이 유출되는 유출구가 형성되는 탱크; 상기 탱크 내부에 구성되며 상기 유입구에서 유입되는 빗물에 의해 부상하는 복수의 부상여재가 충진된 여재층; 상기 여재층의 부상여재를 세척하는 세척부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비점 초기우수 여과 및 저류장치에 관한 것이다.

Description

비점 초기우수 여과 및 저류장치{Rainwater filtration and storage device}
본 발명은 빗물 내에 포함된 비점 초기우수 오염물질을 여과 및 저류하는 장치에 관한 것이다.
우리나라는 세계적으로 볼 때 물 스트레스 국가에 속해 있고, 이를 해결하기 위한 효율적인 수자원의 확보 및 빗물활용 방안이 시급히 요구되고 있는 실정이다. 초기 빗물을 활용하는 방법으로서, 학교, 공공시설 및 가정 등에서는 빗물저류조와 같은 저장탱크를 만들어 초기 빗물을 저장하고, 여과장치로 처리한 후 생활용수나 조경용수로 활용 되어지도록 하고 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래 초기빗물 여과장치는 체크밸브가 설치된 이송배관을 통하여 여과재의 하부로 빗물이 유입되고, 하부에서 유입된 빗물은 상부로 이동하면서 여과재에 의해 여과된 후 저장조의 외부로 배출된다. 또한, 종래 빗물 여과장치는 여과재의 세척을 위해 세척수를 분사하는 역세수 배출배관을 포함하고 있다.
그러나, 상기와 같은 빗물 여과장치는 여과재가 저장조 내에 고정되어 있기 때문에, 세척수를 분사하더라도 여과재에 부착된 오염물질을 효과적으로 제거할 없고, 또한 저장조 바닥에 침전된 오염물질을 배출하는 수단이 구비되어 있지 않아 여과재로부터 탈리된 오염물을 외부로 원활하게 배출할 수 없는 문제점이 있다.
특히 종래의 빗물 여과장치는 강우량에 상관없이 여과가 이루어지도록 함으로써 부하의 문제가 있으며, 빗물의 경우 초기 빗물은 비점오염물질의 함량이 높으나 그 이후의 빗물의 경우 함량이 낮아 동일한 처리는 그 효율성을 낮추는 문제가 있다.
특허문헌: 특허등록 제10-0450486호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 초기우수에 포함된 비점오염물질을 제거할 수 있음과 동시에 초기우수 이후의 빗물에 대해서 바이패스가 가능하도록 하여 부하없이 효율적인 운용이 가능하며, 여재층의 세척이 가능하도록 하여 폐색을 방지할 수 있는 장치를 제공하고자 함이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 비점 초기우수 여과 및 저류장치(이하 "본 발명의 장치"라함)는, 빗물 유입라인이 형성되며 내부에 스크린이 구성되는 집수챔버; 일측에 상기 집수챔버와 연통하여 빗물이 유입되는 유입구와 타측에 빗물이 유출되는 유출구가 형성되는 탱크; 상기 탱크 내부에 구성되며 상기 유입구에서 유입되는 빗물에 의해 부상하는 복수의 부상여재가 충진된 여재층; 상기 여재층의 부상여재를 세척하는 세척부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 탱크에는, 유입구에서 이격을 형성하면서 유입공간이 형성되며 하부에 제 1유로가 형성되는 제 1구획벽과, 상기 유출구에서 이격을 형성하면서 바이패스공간이 형성되며 하부에 제 2유로가 형성되는 제 2구획벽과, 상기 제 1구획벽과 상기 제 2구획벽 사이에 여과공간이 형성되고 상기 여과공간에 여재층이 형성됨을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 제 2구획벽에는 상기 유출구와 대향하는 위치에 내부유출구가 구성되며, 상기 유출구 및 내부유출구는 상기 여재층의 상부에 형성됨을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 탱크의 하면에 있어 상기 바이패스공간이 형성되는 위치에는 침전요홈이 구성되며, 상기 침전요홈에는 흡입펌프와 연동하는 배출라인이 구성됨을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 제 1유로에는 플록형성구가 더 구성되되, 상기 플록형성구는 상기 유입공간 방향에 개구되어 유입유로가 형성된 외곽관부와, 상기 외곽관부의 내부에서 상기 유입유로의 반대방향으로 직경이 커지는 나팔관 형상으로 외측에 가압공간이 형성되고, 내측에 선회공간이 형성되며, 끝단에서 가압공간과 선회공간이 연통하는 연통유로가 형성되고, 타끝단에 상기 외곽관부까지 연결되는 연결관이 형성되는 구획관과, 상기 외곽관부 하부에 상기 연결관에 연통하며 여과공간 방향으로 개구되어 배출유로가 형성되는 배출챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 유입유로에는 일정방향으로 경사구배가 형성되어 유입되는 빗물에 와류가 형성되도록 하는 와류형성단이 복수로 구성됨을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 제 2구획벽 하단부에는 유류흡착패드가 더 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 장치는 1 장치에 의해 초기우수에 포함된 비점오염물질을 제거할 수 있음과 동시에 초기우수 이후의 빗물에 대해서 바이패스가 가능하도록 하여 부하없이 효율적인 운용이 가능한 장점이 있다.
또한 여재층의 세척이 가능하도록 하여 폐색을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 기본예를 도시한 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예를 도시한 부분도이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 부분도이고,
도 4는 도 3에 도시된 실시예의 정면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 빗물 여과장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 장치(1)는 도 1에서 보는 바와 같이 빗물 유입라인(21)이 형성되며 내부에 스크린(22)이 구성되는 집수챔버(2); 일측에 상기 집수챔버(2)와 연통하여 빗물이 유입되는 유입구(31)와 타측에 빗물이 유출되는 유출구(31)가 형성되는 탱크(3); 상기 탱크(3) 내부에 구성되며 상기 유입구(31)에서 유입되는 빗물에 의해 부상하는 복수의 부상여재(41)가 충진된 여재층(4); 상기 여재층(4)의 부상여재(41)를 세척하는 세척부(5);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 집수챔버(2)는 빗물이 최초로 유입되어 수집되는 구성이고, 상기 탱크(3)는 빗물을 여과하면서 저류하는 구성에 해당한다.
상기 유입라인(21)을 통해 상기 집수챔버(2)에 수집된 빗물은 상기 탱크(3)로 유입되도록 하는데, 집수챔버(2)에서 탱크(3)로 빗물이 용이하게 이동할 수 있도록 집수챔버(2)가 여과챔버(3)보다 높은 곳에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 집수챔버(2)에는 도면에서 보는 바와 같이 스크린(22)이 구성되어 빗물로부터 1차적으로 협잡물 등을 제거한다.
여기서, 빗물은 일 예로서, 합류식 하수도에서 우천시 하수관거, 빗물펌프장 및 하수처리장을 통해 미처리된 상태로 하천이나 공공수역으로 유입되는 월류 또는 방류되는 하수인 합류식 하수도 월류수(Combined Sewer Overflows; CSOs)일 수 있다.
상기 탱크(3)는 일측에 상기 집수챔버(2)와 연통하여 빗물이 유입되는 유입구(31)와 타측에 빗물이 유출되는 유출구(31)가 형성되는데, 상기 탱크(3)에는, 유입구(31)에서 이격을 형성하면서 유입공간(34)이 형성되며 하부에 제 1유로(331)가 형성되는 제 1구획벽(33)과, 상기 유출구(32)에서 이격을 형성하면서 바이패스공간(36)이 형성되며 하부에 제 2유로(351)가 형성되는 제 2구획벽(35)과, 상기 제 1구획벽(33)과 상기 제 2구획벽(35) 사이에 여과공간(37)이 형성되고 상기 여과공간(37)에 여재층(4)이 형성됨을 특징으로 한다.
상기 여과층(4)은 상기 여과공간(37)에서 상기 제 1구획벽(33)과 상기 제 2구획벽(35)에서 이격을 형성하도록 격막(42)이 상,하로 형성되고 상기 격막(42) 사이에 복수의 부상여재(41)가 충진되도록 하는 것으로, 상기 부상여재(41)는 상기 격막(42) 사이에서 여과에 의한 부상 및 폐색에 의한 하강이 이루어지도록 하는 것이다.
상기 격막(42)은 그 종류를 한정하지 않으나 메쉬망으로 구성되되 당연히 메쉬의 직경이 부상여재(41)보다 작게 하여 상,하로 유출을 제어토록 하여야 한다.
상기 부상여재(41)는 물보다 비중이 작은 플라스틱 종류(예를 들면, 폴리에틸렌(PE) 등)로 이루어질 수 있다. 이에 따라 부상여재(41)는 빗물에 의해 상부로 자연 부상하게 되고 복수 개의 부상여재(41)가 소정 높이에 모여 유동 여과층을 형성하게 된다. 이와 같이 유동 여과층을 형성하는 부상여재(41)는 빗물에 포함된 오염물질이 상부로 통과하지 못하도록 오염물질을 여과함과 동시에 흡착한다.
또한 상기 제 2구획벽(35)에는 상기 유출구(32)와 대향하는 위치에 내부유출구(352)가 구성되며, 상기 유출구(32) 및 내부유출구(352)는 상기 여재층(4)의 상부에 형성됨을 특징으로 한다.
이와 같이 구성됨에 의해 본 발명에서는 빗물의 2가지 유동(W1, W2)이 형성되도록 한다.
우선 초기 빗물(W1)의 경우는 유입공간(34)을 거쳐 제 1유로(331)를 통해 여과공간(37)으로 유동하여 상향류를 형성하면서 상기 여재층(4)을 통과하여 내부유출구(352) 및 유출구(32)를 순차로 통과함으로써 외부로 유출되도록 하는 것이다. 이는 초기 빗물의 경우 비점오염물질이 다량으로 포함되어 이러한 초기 빗물은 여재층(4)을 통해 여과가 된 상태로 외부로 유출되도록 하는 것이다. 여기서 외부라함은 하수처리장치가 될 수 있다.
이러한 처리과정을 거치면서 강우량이 일정량을 초과하는 경우 즉 초기 빗물이후의 빗물(W2)의 경우는 유입공간(34)을 거쳐 제 1유로(331) 및 제 2유로(351)를 통해 바이패스공간(36)으로 유입되도록 한후에 유출구(32)를 통과하여 외부로 유출되도록 하는 것이다. 여기서도 외부라함은 하수처리장치가 될 수 있으며, 초기 빗물이후의 빗물(W2)의 경우는 비점오염물질의 혼입량이 작아 여재층(4)을 바이패스하더라도 후단에서 부하없이 충분한 처리가 가능한 것이다.
즉 본 발명의 장치(1)는 하나의 탱크(3)에서 초기 빗물의 여과처리와 초기 빗물 이후의 빗물은 여과처리 없이 바이패스가 가능하도록 하여 효율적인 운용이 가능하도록 하는 것이다.
상기 세척부(5)는 부상여재(41)에 오염물질이 흡착되어 자중 증가에 의해 하강한 경우 부상여재(41)를 충돌 및 회전시켜 부상여재(41)에 흡착된 오염물질을 탈리시키도록 하는 구성에 해당한다.
상기 세척부(5)는 도면에서 보는 바와 같이 구동수단(53)과 구동수단(53)에 의해 회전연동을 하는 회전축(51)과 상기 회전축(51)과 일체로 회전연동을 하는 임펠러(52)로 구성될 수 있다.
이와 같이 구성되어 부상여재(41)를 교반시키게 되는 것이다.
부상여재(41)와 임펠러(52)가 부딪치면서 오염물질이 부상여재(41)로부터 탈리되고 이로 인해 외부공기나 물 없이 세척이 가능하도록 하는 것이다. 이러한 교반에 의해 하강한 부상여재(41)는 서로 충돌하거나 털려 오염물질이 탈리되는 것이다. 도면에 도시된 바는 없으나 상기 회전축(51)과 상기 임펠러(52)는 상하 방향으로 슬라이딩 되어 회전 높이를 가변적으로 조절할 수 있도록 구성됨이 타당하다.
또한 본 발명에서는 상기 여과층(4)이 복수의 챔버로 구성되며, 각 챔버에 회전축(51)과 임펠러(52)가 구성되도록 한 예를 도 2에서 도시하고 있다.
상,하 격막(42) 사이에 구획막(43)이 복수로 구성되도록 하여 복수의 챔버가 형성되도록 하는데, 이 경우 구획막(43)의 경우도 그 종류를 한정하지 않으나 메쉬망으로 구성되되 당연히 메쉬의 직경이 부상여재(41)보다 작게 하여 챔버간 유출을 제어토록 하여야 한다.
각 챔버에는 회전축(51)과 임펠러(52)가 구성되고 각 회전축(51)은 1개의 구동수단(53)에 의해 선택적 구동이 가능하도록 하는 것이다.
이와 같이 구성되어 도면에서 보는 바와 같이 1개의 챔버에서 흡착 등에 의해 부상여재(41)들이 하강한 경우 타 챔버에서 여과가 이루어지도록 하면서 부상여재(41)가 하강한 챔버에서만 회전축(51) 및 임펠러(52)의 구동에 의해 세척이 이루어지도록 하는 것이다. 이와 같이 구성되어 세척과정에서도 장치의 중단없이 운용이 가능하도록 하는 것이다.
도 1에서 보는 바와 같이 상기 탱크(3)의 하면에 있어 상기 바이패스공간(36)이 형성되는 위치에는 침전요홈(38)이 구성되며, 상기 침전요홈(38)에는 흡입펌프(62)와 연동하는 배출라인(61)이 구성됨을 특징으로 한다.
상기 침전요홈(38)은 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상으로 이루어질 수 있으며, 내부에 침전되어 쌓인 슬러지(S)를 배출하기 위한 배출라인(61)이 구성되는 것이다. 여기서 배출은 침전에 의한 오염물질, 세척시 하부에 싸인 오염물질 등도 처리되도록 하는 것은 물론 건기시는 저류되어 있는 초기우수 농축수를 배출하는 기능이 발현되도록 하여 부패되는 것을 차단토록 하는 것이다.
한편 본 발명에서는 초기 빗물에 혼입된 비점오염물질의 여과효율을 더욱 높이고, 초기 빗물 이후의 빗물의 경우도 바이패스 시 빗물에 포함되는 유류 등 부유물질의 제거가 이루어지도록 하는 실시예를 도 3 내지 도 5에 도시하고 있다.
본 실시예에서는 상기 제 1유로(331)에는 플록형성구(7)가 더 구성되도록 하는 것에 특징이 있다. 도 4에서는 플록형성구(7)가 1개 구성된 예를 도시하고 있으나, 그 갯수는 선택적인 것으로 도면에 도시된 바는 없으나 복수의 플록형성구(7)가 구성되고, 플록형성구(7) 사이에는 폐면이 형성되도록 한다.
상기 플록형성구(7)는 상기 유입공간(34)방향에 개구되어 유입유로(711)가 형성된 외곽관부(71)와, 상기 외곽관부(71)의 내부에서 상기 유입유로(711)의 반대방향으로 직경이 커지는 나팔관 형상으로 외측에 가압공간(721)이 형성되고, 내측에 선회공간(722)이 형성되며, 끝단에서 가압공간(721)과 선회공간(722)이 연통하는 연통유로(723)가 형성되고, 타끝단에 상기 외곽관부(71)까지 연결되는 연결관(724)이 형성되는 구획관(72)과, 상기 외곽관부(71) 하부에 상기 연결관(724)에 연통하며 여과공간(37) 방향으로 개구되어 배출유로(731)가 형성되는 배출챔버(73)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 이에 더하여 도 4에서 보는 바와 같이 상기 유입유로(711)에는 일정방향으로 경사구배가 형성되어 유입되는 빗물에 와류가 형성되도록 하는 와류형성단(74)이 복수로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 외곽관부(71)의 내부에는 구획관(72)이 구성되어 구획관(72) 외측의 가압공간(721)과 구획관(72) 내측의 선회공간(722)이 형성되도록 하는데, 도면에서 보는 바와 같이 외곽관부(71)로 유입된 빗물(W1)은 상기 가압공간(721)에서 와류(W2)를 형성하며 일측으로 유동하게 되는데 와류와 가압력에 의해 빗물에 포함된 오염물질의 흡착에 의해 플록이 형성되도록 하는 것이다. 특히 빗물에 포함된 유류성분 등이 와류에 의해 상호 접촉시간이 길어지면서 플록화가 이루어지고 가압력에 의해 유속이 저하되면서 형성된 플록간에 응집이 이루어지도록 하여 플록화 효율을 높이게 되는 것이다.
그 다음 가압공간(721)을 통과한 빗물은 연통유로(723)를 통해 선회공간(722)으로 유입되어 다시 와류(W3)를 형성하며 타측으로 유동하게 되는 것이고, 이 경우도 와류와 가압력에 의해 다시 한번 플록이 형성되도록 하는 것이다.
이렇게 구획관(72)을 타고 유동하는 빗물은 연결관(724)을 통해 배출챔버(73)로 하강하고, 배출챔버(73)로 하강한 빗물은 배출유로(731)를 통해 배출되도록 하는 것이다.
이렇게 배출된 빗물은 혼입된 오염물질의 플록화가 충분히 이루어져 상기 여과층(4)을 통한 여과효율이 높아지게 되는 것이다. 상기 여과층(4)은 복수의 부상여재(41)로 이루어져 부상여재(41)간 오염물질의 흡착정도가 다른 경우 자중이 달라 부상여재(41) 간 간극이 커지는 경우가 있는데 이렇게 간극이 일시적으로 커지는 경우에도 플록형성구(7)를 통과한 빗물의 경우 오염물질의 플록화가 이루어져 여과효율의 저하가 제어되는 것이다.
또한 초기 이후의 빗물의 경우도 빗물에는 유류성분 등이 포함될 수 있는데 상기 플록형성구(7)를 통과하는 과정에서 이러한 유류성분 등이 플록화가 이루어지며 이러한 플록화 된 유류성분은 부유하는 성질이 있어 바이패스의 경우도 제 2구획벽(35)의 하단에 이러한 플록화 된 유류성분이 걸러지게 되며, 이렇게 걸러진 유류성분은 차후에 초기 빗물과 함께 여과가 이루어지도록 하거나 세척과정에서 씻겨 나가도록 할 수 있는 것이다. 즉 바이패스 과정에서 빗물에 혼입된 유류성분 등은 제거가 된 상태로 바이패스공간(36)으로 유입되도록 하여 후단의 하수처리장치의 부하를 줄일 수 있게 되는 것이다.
바람직하게는 도 5에서 보는 바와 같이 상기 제 2구획벽(35)은 상기 제 1구획벽(33)보다 하방향으로 더 길게 형성되도록 하여 바이패스 과정에서 부유되는 유류성분 등이 제 2구획벽(35)의 하단에 의해 걸러지도록 하는 것이 타당하다. 또한 상기 2구획벽(35)의 하단에는 유류흡착패드(353)가 구성되어 바이패스 되는 빗물(W2)로부터 플록화 된 유류성분(f)이 상기 유류흡착패드(353)에 흡착되도록 하는 것이 타당하다.
상기 유류흡착패드(353)는 다양한 공지의 재질이 존재하므로 그 상세 설명은 생략한다.
본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1 : 본 발명의 장치 2 : 집수챔버
3 : 탱크 4 : 여재층
5 : 세척수단

Claims (7)

  1. 빗물 유입라인이 형성되며 내부에 스크린이 구성되는 집수챔버;
    일측에 상기 집수챔버와 연통하여 빗물이 유입되는 유입구와 타측에 빗물이 유출되는 유출구가 형성되는 탱크;
    상기 탱크 내부에 구성되며 상기 유입구에서 유입되는 빗물에 의해 부상하는 복수의 부상여재가 충진된 여재층; 및
    상기 여재층의 부상여재를 세척하는 세척부;를 포함하고,
    상기 탱크에는,
    유입구에서 이격을 형성하면서 유입공간이 형성되며 하부에 제 1유로가 형성되는 제 1구획벽과, 상기 유출구에서 이격을 형성하면서 바이패스공간이 형성되며 하부에 제 2유로가 형성되는 제 2구획벽과, 상기 제 1구획벽과 상기 제 2구획벽 사이에 여과공간이 형성되고 상기 여과공간에 여재층이 형성되고,
    상기 제 1유로에는,
    플록형성구가 더 구성되되, 상기 플록형성구는 상기 유입공간 방향에 개구되어 유입유로가 형성된 외곽관부와, 상기 외곽관부의 내부에서 상기 유입유로의 반대방향으로 직경이 커지는 나팔관 형상으로 외측에 가압공간이 형성되고, 내측에 선회공간이 형성되며, 끝단에서 가압공간과 선회공간이 연통하는 연통유로가 형성되고, 타끝단에 상기 외곽관부까지 연결되는 연결관이 형성되는 구획관과, 상기 외곽관부 하부에 상기 연결관에 연통하며 여과공간 방향으로 개구되어 배출유로가 형성되는 배출챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 비점 초기우수 여과 및 저류장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서
    상기 제 2구획벽에는 상기 유출구와 대향하는 위치에 내부유출구가 구성되며, 상기 유출구 및 내부유출구는 상기 여재층의 상부에 형성됨을 특징으로 하는 비점 초기우수 여과 및 저류장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 탱크의 하면에 있어 상기 바이패스공간이 형성되는 위치에는 침전요홈이 구성되며, 상기 침전요홈에는 흡입펌프와 연동하는 배출라인이 구성됨을 특징으로 하는 비점 초기우수 여과 및 저류장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유입유로에는 일정방향으로 경사구배가 형성되어 유입되는 빗물에 와류가 형성되도록 하는 와류형성단이 복수로 구성됨을 특징으로 하는 비점 초기우수 여과 및 저류장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2구획벽 하단부에는 유류흡착패드가 더 구성됨을 특징으로 하는 비점 초기우수 여과 및 저류장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100450486B1 (ko) 2004-06-18 2004-10-01 엘지건설 주식회사 빗물 여과장치와 이를 이용한 중수도 처리 시스템
KR101633767B1 (ko) * 2015-08-28 2016-07-08 주식회사 한국종합환경 부상여재를 이용한 상향류식 비점오염 저감시설
KR102081960B1 (ko) * 2019-10-25 2020-02-27 이훈정 구동챔버 변동형 여과방식을 이용한 역세척자동화 비점오염저감시스템

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