KR20020032481A - 호수의 수질정화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 호수의 가장자리에 폭기조, 침전조 및 여과조를 갖는 소하천을 조성하여 호수의 물을 지속적으로 순환시켜 자연정화가 가능하여 호수가 자연형태의 자정능력을 갖도록 하는 호수의 수질정화시스템에 관한 것으로, 호수의 가장자리를 따라서 제방을 설치하여 호수내의 물이 제방 내측으로 유입되도록 한 유입 수로와, 제방의 내측 선단부에 형성되어 유입 수로로 유입된 물의 산소용존량을 증가시키기 위한 폭기조와, 폭기조로부터 방출된 방출수에서 부유물질을 분리하도록 와류조정지와 침전지를 갖으며 와류조정지와 침전지의 중앙에 부유물질이 통과하지 못하도록 여과석축이 형성된 침전조와, 침전조를 통과한 물과 슬러지를 수중식물을 이용하여 일차로 여과시키는 제1여과조, 여과된 물을 습지식물을 이용하여 수중질소와 인공무기질을 제거토록 하는 제2여과조, 제2여과조를 거친 여과수에 큰 물고기가 서식할 수 있도록 바닥에 굵은 돌을 깔아 놓은 제3여과조, 제3여과조를 거친 여과수에 작은 물고기들이 서식할 수 있도록 바닥에 자갈을 깔아 놓은 제4여과조, 제4여과조를 거친 여과수가 자정작용이 발생하도록 바닥에 자갈을 깔고 이의 상부에 굵은 바위를 지그재그로 설치한 제5여과조 및 제5여과조의 일측에 여과조의 수위고와 동일한 높이로 수위조절물너미를 형성하여 여과수가 자연 방류되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

호수의 수질정화시스템 {Quality of water specie system of the lake}

본 발명은 오염된 하천이나 호수의 수질을 개선하기 위한 호수의 수질정화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 호수의 가장자리에 폭기조와 침전조와 여과조를 갖는 소하천을 조성하여 호수의 물을 지속적으로 순환시켜 자연정화가 가능하여 호수가 자연형태의 자정능력을 갖도록 하는 동시에 저렴한 비용으로 호수의 수질을 개선할 수 있는 호수의 수질정화시스템에 관한 것이다.

호수내의 수질개선은 오염된 퇴적층의 제거를 통한 호수내 수질개선과 호수로 유입되는 하천의 오염부하량을 저감시키는 것도 중요하며, 상류 오염부하량 저감을 위해 많은 수질정화장치 및 정화방법이 개발되었고, 그 작용성을 검증받고 있으며, 이미 다양한 형태의 접촉산화공정이 현장에 적용되어 왔고, 또한 접촉여재의 효율 향상을 위해 많은 여재가 개발되어 왔을 뿐만 아니라 근래에는 인공적인 대체 여재를 많이 개발하고 있는 실정이며 기존의 유기성 오염물질 제거뿐만 아니라 질소나 중금속 등의 추가적인 처리가 가능하도록 고효율 여재가 개발되고 있다.

접촉산화법이란 자갈, 쇄석 또는 각종 여재로 충진된 접촉산화조내에 하천수, 오수 등을 통과시켜 오염물의 침전, 흡착, 미생물에 의한 소화 등을 통하여 수질을 정화하는 방법으로 오염된 하천, 호수, 또는 저능도의 오수처리를 위하여 사용되고 있으며, 폭기 및 오니의 제거를 위하여 접촉산화조 바닥에 산기관이 설치되어 있다.

이러한 접촉산화공법을 이용한 수질정화장치의 경우 유지관리가 용이하고, 조내에 슬러지 보유량이 크고 생물상이 다양하며, 분해속도가 낮은 기질의 제거에효과적인 장점이 있는 반면에, 반응조내에 여재를 균일하게 폭기 교반하기가 어렵고, 폭기비용이 비교적 많이 들며, 여재에 생성되는 생물량은 부하조건에 의하여 결정되고, 고부하시 여재의 폐쇄 위험이 크기 때문에 부하조건에 한계가 있으며, 초기 건설비가 많이 소용된다는 단점이 있다.

상기와 같은 설비는 대부분 접촉여재가 지하에 매설되어 있어 여재의 폐색 발생시 교체가 어렵고 홍수시 범람에 의한 여재폐색에 대비에 고무보나 취수구와 같은 추가적인 시설을 필요로 하는 단점이 있고, 통상적으로 수로를 일자형으로 구성하고 있어 많은 부지를 필요로 할 뿐만 아니라 접촉산화 수로를 통과하는 동안 미생물에 의한 산화 분해의 과정에서 대부분의 용존 산소가 소모되는 문제점이 있으며, 유기물의 정화에는 효과가 우수하지만 인 및 질소의 처리효율은 높지 않아 편협적인 처리효율을 나타내는 등의 문제점도 있었다.

또한 근래에는 자연환경을 이용하여 호수내에 수초와 수서 동물이 서식하기 좋은 조건을 만들어 호수의 물을 정화시키는 방법이 사용되고 있으나 아직은 그 작용 효과가 미약하여 수질개선 효율이 떨어지는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 인공적인 콘크리트 구축물을 조성하지 않고 자연그대로의 생태계를 이용하여 호수의 수질을 정화하는 동시에 저렴한 비용으로 유기물의 정화와 인 및 질소의 처리효율도 우수한 자연정화시설을 유지할 수 있도록 한 호수의 수질정화시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 여과조내에 수중식물과 습지식물을 심은 수초지를 형성하고 물고기가 서식할 수 있는 물고기 서식지를 조성하여 호수의 수질을 개선하는 동시에 자연생태 견학지나 공원으로도 조성이 가능하여 학생들의 자연학습지로도 이용할 수 있도록 한 호수의 수질정화시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 여과조에 자갈과 모래로 이루어진 둑을 형성하고 둑의 상부에 낙차지게 경사면을 형성하여 호수의 물이 여과조를 거치면서 물의 흐름에 따라서 물이 운동력을 발생하여 자정능력을 갖게되는 동시에 자갈로 이루어진 둑이 외부의 온도에 의하여 뜨거워지면서 이의 상부로 흐르는 물에 열을 전도하여 물리적 변화에 의해 물이 자연 활성화되어 자정작용을 하도록 한 호수의 수질정화시템을 제공함에 있다.

본 발명은 목적을 달성하기 위하여 호수의 가장자리를 따라서 제방을 설치하여 호수내의 물이 제방 내측으로 유입되도록 한 유입 수로와, 제방의 내측 선단부에 형성되어 유입 수로로 유입된 물의 산소용존량을 증가시키기 위한 폭기조와, 폭기조로부터 방출된 방출수에서 부유물질을 분리하도록 와류조정지와 침전지를 갖으며 와류조정지와 침전지의 중앙에 부유물질이 통과하지 못하도록 여과석축이 형성된 침전조와, 침전조를 통과한 물과 슬러지를 수중식물을 이용하여 일차로 여과시키는 제1 여과조, 여과된 물을 습지식물을 이용하여 수중질소와 인공무기질을 제거토록 하는 제2여과조, 제2여과조를 거친 여과수에 큰 물고기가 서식할 수 있도록 바닥에 굵은 돌을 깔아 놓은 제3여과조, 제3여과조를 거친 여과수에 작은 물고기들이 서식할 수 있도록 바닥에 자갈을 깔아 놓은 제4여과조, 제4여과조를 거친 여과수가 자정작용이 발생하도록 바닥에 자갈을 깔고 이의 상부에 굵은 바위를 지그재그로 설치한 제5여과조, 및 제5여과조의 일측에 여과조의 수위고와 동일한 높이로 수위조절물너미를 형성하여 여과수가 자연 방류되도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 전체구조를 보여 주는 평면도,

도 2는 본 발명 폭기조의 구조를 보여주는 평면도,

도 3은 본 발명의 전체구조를 보여주는 측단면도,

도 4는 본 발명의 폭기조와 침전조의 확대 단면도,

도 5는 본 발명의 제1,2 여과조의 확대 단면도,

도 6은 본 발명의 제3,4,5 여과조의 확대 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 호수 10: 유입 수로

20: 폭기조 30: 침전조

31: 와류조정지 32: 여과석축

33: 침전지 40: 제1여과조

50: 제2여과조 60: 제3여과조

70: 제4여과조 80: 제5여과조

86: 스위조절물너미

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 호수의 수질정화시스템을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 전체구성을 보여주는 평면구성도로서 도면을 참조하면, 본 발명의 호수의 수질정화시스템은 호수(1)내에 설치하여 자연상태 그대로를 유지하면서 호수의 수질을 개선하기 위한 것으로 먼저 호수(1)의 가장자리에 호수내의 물이 유입되도록 유입 수로(10)를 형성하고, 유입 수로(10)의 내측에 호수내의 물에 산소용존량을 증가시키기 위한 폭기조(20)가 형성되며, 폭기조(20)의 일측에는 침전조(30)가 형성되어 물에 포함된 부유물질을 분리하며, 침전조(30)의 일측에는 순차적으로 물을 여과시키는 제 1,2,3,4,5,여과조(40-80)가 순차적으로 조성되는 구성이다.

유입 수로(10)는 도 1에서 보는 바와 같이 호수의 가장자리에 호수의 바닥면에 형성된 퇴적층을 제거한 다음 이 흙을 이용하여 제방(11)을 호수(1)의 가장자리면을 따라서 길이방향으로 형성하여 제방(11)의 안쪽으로 호수내의 물이 유입되어 순차적으로 여과되도록 한다.

제방(11)의 내측 선단부에는 다수의 양수기를 갖는 기계실(21)이 일체로 형성되어 기계실(21)로 유입된 물에 공기를 불어넣어서 물과 공기를 충분히 접촉시켜산화작용과 호기성 미생물에 의한 소화작용을 촉진하고, 탄산가스, 황화수소, 메탄가스 등을 제거하여 산소용존량을 증가시킴으로 물을 정화하는 시키는 것으로, 도 2에서 보는 바와 같이 호수내의 물을 끌어들이기 위한 취수구(22)가 형성되고 취수구(22)의 일측에는 취수구(22)로 유입된 물을 저장하는 물받이조(23)가 형성되며 물받이조(23)의 상부에는 물받이조(23)의 수위고를 넘는 물이 자동으로 폭기실(24)로 유입되도록 다수의 유입구(27)가 형성되어 있으며 이렇게 유입된 물은 취수구(22)와 물받이조(23)의 상부에 형성된 다수의 양수기(미도시)에 의하여 폭기실(24)에서 공기를 발생하여 물과 접촉하게 된다. 이러한 일련의 과정을 거친 물은 폭기실(24)의 일측에 형성된 입상구(25)에 저장된 상태에서 입상구(25)의 수위고를 넘게되면 입상구(25)의 상부 외측에 형성된 낙수대(26)를 통과하여 낙수대(26)의 상부에 형성된 구멍(26a)을 통하여 이후에 설명할 침전조(30)로 낙수된다. 이때 취수구(22)와 물받이조(23)와 폭기실(24)과 입상구(25)와 낙수대(26)에는 물이 순차적으로 이동할 수 있도록 다수의 유입구(27)가 형성되어 있다.

침전조(30)는 와류조정지(31)와 침전지(33)의 중앙에 여과석축(32)을 형성하고 있는데, 여기서 와류조정지(31)는 일정깊이(대략 3M의 깊이로 형성되는 것이 이상적이다)를 갖고 낙수대(26)의 높이보다 낮게 형성되어 낙수대(26)의 구멍(26a)를 통하여 방출된 방출수는 와류조정지(31)에서 일차적으로 낙수된 물의 와류를 없애고 안정된 상태를 유지하게된다.

와류조정지(31)에 담수된 물은 여과석축(32)을 통과하게 되는데, 이때 여과석축(32)은 와류조정지(31)의 전체 높이보다 다소 높게 형성하고 상부에서 하부로갈수록 경사면이 넓어지도록 외각을 입자가 큰돌로 석축하며 내부에는 자갈과 모래로 충진시켜 물의 흐름에 물살을 일으키는 작용을 유발하여 여과석축(32)의 내부를 통과하는 물은 물의 흐름에 따라 물방울과 물살이 일어난다. 이러한 물의 운동력은 자정능력을 갖도록하여 물살의 힘에 의하여 자갈과 부딪치면서 물속에 포함되어 있는 부유물질을 응집. 분해. 흡착. 시켜 물을 맑게 한다. 이때 물은 여과석축(32)을 통과하면서 일부 부유물질이 침전지(33)에 침전되는 것이다. 이때 일어나는 작용으로 원활한 산소의 공급과 정수작용으로 일차적으로 부유물질이 제거된 맑은 물이 만들어지는 것이다.

침전지(33)의 일측에는 제1,2,3,4,5,여과조(40-80)가 순차적으로 형성되는데, 여과조(40-80)는 자갈과 모래를 혼합하여 둑(41,51,61,71,81)을 형성하고 둑(41-81)의 상부에 하측으로 테이퍼진 경사면(42,52,62,72,82)을 형성한다. 여기서 상부가 자갈로 이루어진 둑(41-81)은 자갈이 외부의 온도에 의하여 뜨거워지면 둑(41-81)을 통과하는 침전지(33)의 물은 일차적으로 열이 물에 전도되며, 침전지(33)에서 유입된 물이 둑(41)의 상부에서 유입되어 수초지(43)로 유입될 때 높이차이를 두어 물살이 일어나면서 자정작용을 할 수 있도록 경사면(42)을 형성하는데, 이때 경사면(42)은 낙차 50Cm 경사면 10Cm를 이루는 것이 이상적이며 상황에 따라서는 차이를 다르게 할 수도 있다.

이렇게 제1 여과조(40)로 유입된 유입수는 둑(41)을 거치면서 일부여과 작용과 여울흐름으로 인하여 일차적으로 여과되며, 이때 제1 여과조(40)내에는 수초지(43)를 형성하는데, 수초지(43)는 깊이를 1-1.2m로 형성하여 수중식물(44)을심으면 수중식물(44)사이에는 여러 형태의 공간이 형성되는데, 이러한 공간은 어패류를 서식케하는 동시에 유해물질이 흡수되도록 하여 일차적인 여과작용을 하게 된다.

제2여과조(50)는 제1여과조(40)와 동일한 구조로 형성하데, 깊이를 0.9m로 하고 수초지(53)의 내부에는 습지식물(54)(부레옥장, 부평초, 갈대 등) 중에서 주로 갈대를 심어서 수중 질소, 인 및 인공무기물을 흡수케하며 물의 온도 변화를 주게하여 어패류 및 새들의 보금자리를 만들 수 있도록 한다.

제3여과조(60)는 제1,2 여과조(40,50)와 동일한 구조를 이루면서 물고기서식지(63)의 깊이를 1.2m로 형성하고 바닥면에 입자가 큰돌(64)을 깔아주어 큰 고기의 서식지로 이용하면서 여과조(40,-60)를 순차적으로 유동하는 유입수를 여과시키는 것이다.

제4여과조(70)는 제3여과조(60)와 동일한 구조를 이루면서 물고기서식지(73)의 깊이를 0.9m정도로 하여 바닥에는 입자가 작은 자갈(74)을 깔아주어 작은 고기의 서식지로 이용하면서 유입수를 여과시키는 것이다.

제5여과조(80)는 제1,2,3,4, 여과조(40-70)와 동일한 구조를 이루면서 얕은 자갈못(83)을 깊이 0.6m로 형성하고 바닥에는 자갈(84)을 깔고 굵은 바위(85)를 지그재그로 설치하여 물의 흐름을 요동치게 하여 유입수가 자정작용을 하면서 마지막으로 잔류하고 있는 슬러지를 분해하는 것이다. 그리고 자갈못(83)의 일측에는 자갈못(83)의 수위고와 동일한 높이로 수위조절물너미(86)를 형성하여 제1,2,3,4,5,여과조(40-80)를 순차적으로 거친 유입수가 자연 방류되도록 한 것이다. 또한 수위조절물너미(86)는 호수면의 수위가 낮아지더라도 일정한 수위를 유지할 수 있도록 한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 호수의 수질정화시스템에 대한 작동상태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 3에서 보는 바와 같이 호수(1)의 가장자리에 제방(11)을 철치하여 호수내의 물이 제방(11)의 안쪽으로 유입되도록 함으로써, 호수(1) 바닥면의 퇴적층을 제거하여 이 흙을 이용하여 제방(11)을 조성하여 호수의 담수량을 증대시킬 수 있는 것이다.

유입 수로(10)는 호수 크기의 담수용량에 따라 표 1과 같이 설정하는 것이 이상적임을 실험결과 알 수 있었다.

유입 수로(10)로 유입된 호수내의 물은 폭기조(20)의 기계실(21)내부에서 순차적으로 유동한 물이 최종적으로 낙수대(26)의 구멍(26a)을 통하여 침전조(30)로 낙수되고 이렇게 낙수된 방출수는 일차적으로 와류조정지(31)와 여과석축(32)과 침전지(33)를 거치면서 침전지(33)에 부유물질이 일부 침전된다.

여기서 상기 폭기조(20)내의 양수기는 3대정도 설치하여 작동시키는 것으로, 평소 1개만을 사용하다가 유입 수로(10) 내부를 1년에 1-2회 정도는 3대를 가동하여 인공 홍수를 일으켜 주어 유입 수로(10)를 청소하고, 여과조(40-80)내에 서식하는 동식물이 홍수에 적응하여 서식조건을 강하게 만들어준다.

이러한 상태에서 유입수는 제1,2,3,4,5 여과조(40-80)의 각각의 과정을 거치면서 유입수가 자정작용을 일어나게 하는 동시에 제5여과조(80)의 자갈못(83)을 통과하면서 최종적으로 유입수가 여과되어 맑은 물이 되어 수위조절물너머(86)에 의하여 수위가 자동으로 조절되면서 지속적으로 호수로 여과된 유입수가 방류되어 순환하게 되는 것이다.

여기서 수위조절물너미(86)는 호수(1)면의 수위가 낮아지더라도 일정한 수위를 유지하면서 여과된 여과수를 방류하게 되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 호수의 수질정화시스템은 호수의 바닥면에 형성된 퇴적층을 제거하여 이 흙을 이용하여 호수의 가장자리에 제방을 설치하여 호수내의 물이 제방의 안쪽으로 유입되도록 유입 수로를 조성하고 수로에는 폭기조, 침전조, 제1,2,3,4,5 여과조를 형성하여 호수의 오염된 물을 자연생태계를 유지하면서 물을 계속적으로 순환시키면서 정화시키도록 하여 호수의 퇴적층을 별도로 제거하는 비용을 절약할 수 있는 동시에 자연 생태계를 복원할 수 있는 효과가 있는 것이다.

본 발명은 인공적인 콘크리트 구축물을 조성하지 않고 자연그대로의 정화시스템을 조성하여 호수내의 수질을 정화하는 동시에 자연생태 견학지나 공원으로도 조성이 가능하여 학생들의 자연학습지로도 이용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 제1,2,3,4,5 여과조의 둑을 자갈과 모래로 조성하고 각각의 여과조로 유입되는 유입수가 여과조를 거치면서 물의 흐름에 따라서 물이 운동력을 발생하여 자정능력을 갖도록 둑의 상부에 테이퍼진 경사면을 형성하여 여과효과를 증대시킨 장점도 있다.

Claims (4)

1. 호수의 가장자리를 따라서 제방을 설치하여 호수내의 물이 제방 내측으로 유입되도록 한 유입 수로와, 제방의 내측 선단부에 형성되어 유입 수로로 유입된 물의 산소용존량을 증가시키기 위한 폭기조와, 폭기조로부터 방출된 방출수에서 부유물질을 분리하도록 와류조정지와 침전지를 갖으며 와류조정지와 침전지의 중앙에 부유물질이 통과하지 못하도록 여과석축이 형성된 침전조와, 침전조를 통과한 물과 슬러지를 수중식물을 이용하여 일차로 여과시키는 제1여과조, 여과된 물을 습지식물을 이용하여 수중질소와 인공무기질을 제거토록 하는 제2여과조, 제2여과조를 거친 여과수에 큰 물고기가 서식할 수 있도록 바닥에 굵은 돌을 깔아 놓은 제3여과조, 제3여과조를 거친 여과수에 작은 물고기들이 서식할 수 있도록 바닥에 자갈을 깔아 놓은 제4여과조, 제4여과조를 거친 여과수가 자정작용이 발생하도록 바닥에 자갈을 깔고 이의 상부에 굵은 바위를 지그재그로 설치한 제5여과조, 및 제5여과조의 일측에 여과조의 수위고와 동일한 높이로 수위조절물너미를 형성하여 여과수가 자연 방류되도록 한 것을 특징으로 하는 호수의 수질정화시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 폭기조는 기계실의 내부에 호수의 물을 끌어들이기 위한 취수구, 취수구로 유입된 물을 저장하는 물받이조, 물받이조를 거친 물이 다수의 양수기에 의하여 산소용존량을 증가시키는 폭기실, 폭기실을 거친 물을 저장하는 입상구, 입상구의 상부 외측에 낙수대가 형성되어 입상구의 수위고를 넘친 물이 침전조로 자연 낙수되도록 형성된 것을 특징으로 하는 호수의 수질정화시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 침전조는 폭기조의 낙수대보다 낮게 와류조정지와 침전지를 형성하고 이의 중앙에 와류조정지와 침전지보다 높게 여과석축을 형성하되, 여과석축은 외형을 입자가 큰돌을 이용하여 상부에서 하부로 경사면이 넓어지도록 형성하고 내부에는 자갈과 모래를 충진시켜 여과석축을 통과하면서 부유물질이 분리되도록 한 호수의 수질정화시스템.
4. 제 1항 있어서,

   제 1,2,3,4,5 여과조는 자갈과 모래를 혼합하여 둑을 형성하고 둑의 상부에 하측으로 테이퍼진 경사면을 형성하여 물이 경사면의 낙차차이로 인하여 물살을 형성하는 동시에 둑의 외부로 노출된 자갈이 외부의 온도에 의하여 뜨거워지므로 여과조로 유입된 물에 열을 전도하여 물이 자정작용을 할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 호수의 수질정화시스템.