KR200255003Y1 - 자갈 및 세라믹을 채운 다층 구조의 상향류식 하천 정화장치 및 정화 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 고안이 속한 기술분야

하천 정화 장치 및 정화 방법

2. 고안이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 고안은, 입자성 오염물질의 제거 및 용존성 오염 물질의 제거 효율을 향상시키고, 반응조 용량을 대폭 감소시키며, 접촉재의 공극 사이에 쌓인 슬러지를 용이하게 털어내어 반응조 외부로 반출하도록 하여 별도의 슬러지 퇴적 및 저류공간이나 인발장치를 설치할 필요가 없는 하천 정화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

3. 고안의 해결방법 요지

본 고안은, 외부로부터 유입되는 하천수의 유입량을 조절하고 그 조절된 하천수를 안내하는 유량 조정조; 상기 유량 조정조로부터의 하천수를 하부로부터 공급받으며, 입경 및 소재를 달리하는 접촉재가 소정 높이로 다수층 적층된 접촉층을 구비하여 하천수를 정화시키는 반응조; 상기 접촉층의 최하단 하부에 설치되어 상기 반응조로 유입되는 하천수의 용존산소농도를 높이고 상기 접촉층 사이의 오염물질들이 떨어져 부상되도록 공기방울을 발생시키는 공기발생 수단; 및 상기 반응조의 상부에 설치되어 상기 공기발생 수단에 의해 부상된 오염물질을 상기 반응조의 외부로 반출하기 위한 역세구를 포함하는 상향류식 하천 정화 장치를 제공한다.

4. 고안의 중요한 용도

하천 정화 장치로 이용될 수 있는 것임.

Description

자갈 및 세라믹을 채운 다층 구조의 상향류식 하천 정화 장치 및 정화 방법{Waterways purification apparatus and method of an upper-direction flowing type of multi-layers structure filling up a gravel and seramic element}

본 고안은 하천 정화 장치에 관한 것으로, 특히 자갈 또는 세라믹 접촉재를 다층으로 채운 반응조의 하부에서 상부로 하천수를 흘려보내는 과정에서 접촉재내의 공극을 이용하여 하천수에 포함된 입자성 오염물질을 침전, 흡착, 여과시킨 후, 접촉재의 표면에 형성된 미생물의 대사기능을 이용하여 산화, 분해하여 무기물로 전환시켜 오염된 하천수를 정화하기 위한 자갈 및 세라믹 여재를 채운 다층 구조의 상향류식 하천 정화 장치에 관한 것이다.

종래의 하천 정화 장치를 참조도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 종래의 수평류식 하천 정화 장치의 구성을 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 오염된 하천수 중에 포함된 모래나 협잡물을 침전시키는 침사조(1)와, 상기 침사조(1)를 통과한 하천수가 통과할 때 오염물질이 접촉되도록 그 내부에 자갈 또는 쇄석(3)이 채워된 반응조(2)와, 상기 반응조(2)의 저부측에 위치되고, 하천수가 자갈 또는 쇄석(3)을 수평방향으로 통과하는 과정에서 침전, 흡착 및 여과와 같은 물리적 기능과 접촉재 표면에 형성된 부착미생물에 의한 생물학적 기능에 의하여 입자성 및 용해성 오염물질이 정화되고, 접촉재의 공극 사이에쌓이는 슬러지(4)를 반응조(2)에서 분리하는 그레이팅(grating)수단(5)과, 상기 분리된 슬러지(4)를 일정 기간 퇴적시키는 저류조(6)와, 정화된 물을 하천으로 방류하기 위한 배출조(7)를 포함한다.

상기 반응조(2)는 일반적으로 약 20 내지 25m 정도의 길이를 가지며, 10 내지 15mm의 입경을 갖는 접촉재(자갈 또는 쇄석)가 채워진다.

그러나, 상기와 같이 이루어진 종래의 수평류식 하천 정화 장치는 동일 입경의 자갈 또는 쇄석을 일률적으로 반응조내에 채우고, 흐름방식을 수평류식을 채택하고 있기 때문에 유입부 전단부에 오염물질이 집중되어 접촉재의 공극이 쉽게 막히기 때문에 장기적으로 정상적인 운전이 곤란한 문제가 있다.

또한, 운전기간이 장기화됨에 따라 접촉재의 공극사이에 쌓인 슬러지로 인하여 공극의 부피가 줄어들기 때문에 반응조 하부에 그레이팅 수단과 같은 시설을 설치하여 접촉재와 슬러지를 분리하는 슬러지 저류조를 별도로 설치해야만 하는 문제점이 있다.

또한, 슬러지의 퇴적공간을 줄일 목적으로 반응조 하부 전면에 설치했던 슬러지 저류조를 슬러지의 퇴적이 심한 유입부 또는 중간부에 슬러지 포트 또는 챔버로 대체하는 방법이 제안되었으나, 이러한 방법 역시 일정 기간이 경과되면 퇴적된 슬러지를 슬러지 포트나 챔버에서 제거하는 슬러지 인발장치의 설치가 불가피하기 때문에 전체적으로 반응조의 용적이 커지고 공사비가 높아지며 유지관리가 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하천수가 통과하는 반응조의 내에 입경크기가 다른 접촉재를 다층으로 채우고, 그 다층 구조의 접촉재로 하천수를 상방향으로 통과시킴으로써 입자성 오염물질의 제거 및 용존성 오염 물질의 제거 효율을 향상시킨 자갈 및 세라믹을 채운 다층 구조의 상향류식 하천 정화 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 반응조의 최상단부 표층에 구형의 세라믹 접촉재를 필터여과가 아닌 접촉여과의 기능을 발휘시킴으로써 공극 폐쇄가 빈번하게 발생하지 않고, 균일화된 구형의 접촉재를 사용하여 공극을 규칙적으로 할 수 있으며, 흐름 자체가 편류를 일으킬 우려가 없으며, 따라서 유효면적이 증가하여 반응조 용량을 대폭 감소시키는데 다른 목적이 있다.

또한, 접촉재의 공극 사이에 쌓인 슬러지를 용이하게 털어내어 반응조 외부로 반출하도록 하여 별도의 슬러지 퇴적 및 저류공간이나 인발장치를 설치하지 않도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

도 1 은 종래 수평식 하천 정화 장치의 구성도.

도 2 는 본 고안에 의한 상향류식 하천 정화 장치를 도시한 구성도.

도 3 은 본 고안에 의한 상향류식 하천 정화 장치의 정화조를 도시한 구성도.

도 4 는 본 고안에 의한 상향류식 하천 정화 장치의 처리 과정을 도시한 고정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 정화조 11: 구획부재

12: 유량 조정조 20: 반응조

21: 산기관 22: 타공판

30: 접촉층 40: 역세구

50: 유입 차단장치 51: 스크린

51, 52: 침전조 53: 배출 차단장치

상기 본 고안의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 외부로부터 유입되는 하천수의 유입량을 조절하고 그 조절된 하천수를 안내하는 유량 조정조; 상기 유량 조정조로부터의 하천수를 하부로부터 공급받으며, 입경 및 소재를 달리하는 접촉재가 소정 높이로 다수층 적층된 접촉층을 구비하여 하천수를 정화시키는 반응조; 상기 접촉층의 최하단 하부에 설치되어 상기 반응조로 유입되는 하천수의 용존산소농도를 높이고, 상기 접촉층 사이의 오염물질들이 떨어져 부상되도록 공기방울을 발생시키는 공기발생 수단; 및 상기 반응조의 상부에 설치되어 상기 공기발생 수단에 의해 부상된 오염물질을 상기 반응조의 외부로 반출하기 위한 역세구를 포함하는 상향류식 하천 정화 장치를 제공한다.

상기 접촉층은 입경별 소정 높이를 갖고 다수층 적층되되, 그 적층별 입경 크기가 반응조의 상부로 갈수록 감소된다.

상기 접촉층은 최하단부에 100 내지 150mm 의 입경크기를 갖는 접촉재를 소정높이 채운 제1 접촉층; 상기 제1 접촉층의 상부에 50 내지 100mm의 입경크기를 갖는 접촉재를 소정높이 채운 제2 접촉층; 상기 제2 접촉층의 상부에 30 내지 50mm의 입경크기를 갖는 접촉재를 소정높이 채운 제3 접촉층; 및 상기 제3 접촉층의 상부에 10 내지 30mm의 입경크기를 갖는 접촉재를 소정높이 채운 제4 접촉층으로 이루어진다.

상기 입경별 접촉층은 자갈 또는 쇄석 중 어느 하나의 접촉재로 이루어진다.

상기 제4 접촉층의 상부에 소정 입경을 갖는 세라믹 접촉층이 더 형성된다.

상기 세라믹 접촉층은 5 내지 10mm의 입경크기를 갖는 세라믹 접촉재로 이루어지고, 적층 높이는 0.1. 내지 0.3m가 된다.

상기 세라믹 접촉층의 접촉재는 마모나 충격에 대해서 충분한 내구성을 갖는 SiO₂재질로 형성된다.

상기 반응조의 유입부측에 설치되며 하천수위의 일정 높이에 따라 개폐동작을 수행하여 하천수의 유입을 제어하는 하천수 유입 차단장치와, 상기 반응조에서 정화된 처리수가 배출되는 배출부측에 설치되어 처리수의 배출을 제어하는 하천수 배출 차단장치를 더 포함한다.

상기 반응조의 유입부와 하천수 유입 차단장치 사이에 설치되어 상기 반응조로 유입되는 협잡물 및 슬러지를 침전시키기 위한 적어도 하나 이상의 침전조를 더 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 는 본 고안에 따른 자갈 및 세라믹 여재를 채운 다층 구조의 상향류식 하천 정화 장치를 도시한 구성도이고, 도 3 은 본 고안에 따른 하천 장치의 산화조를 도시한 구성도이다.

이에 도시한 바와 같이, 내부에 구획부재(11)에 의해 하천수의 유입량을 조절하는 유량 조정조(12) 및 그 유량 조정조(12)를 통해 들어온 하천수를 정화시키는 반응조(20)로 구획되는 정화조(10)와, 상기 반응조(20)의 저부에 설치되어 유입되는 하천수의 용존산소농도를 높이도록 공기방울을 발생시키는 산기관(21)과, 상기 산기관(21)의 상부에 설치되는 타공판(22)과, 상기 타공판(22)의 상부에 입경 및 소재를 달리하여 다수층 채워 하부로부터 유입되는 하천수를 정화시키는 접촉층(30)과, 상기 반응조(20)의 상부에 설치되어 그의 내부로 유입되는 슬러지, 생물막 및 무기화된 스컴등의 혼탁액을 반응조(20) 외부로 반출하기 위한 역세구(40)와, 하천수의 유입을 제어하는 유입 차단장치(50)와, 상기 유입 차단장치(50)의 배출구 측에 설치되는 스크린(51)과, 일측은 상기 스크린(51)의 배출구 측에 설치되고 타측은 상기 정화조(10)로 연결되며, 상기 스크린(51)을 통과한 하천수에 포함된 모래나 비중이 큰 입자성 오염물질가 침전되는 복수개의 침전조(52)(53)와, 상기 반응조(20)에서 배출되는 처리수의 배출을 제어하는 배출 차단장치(54)를 포함한다.

상기 접촉층(30)은 자갈 또는 쇄석으로 이루어진다.

본 실시예에서의 상기 접촉층(30)의 최하단부에 채워지는 제1 접촉층(31)은 100 내지 150mm크기의 입경을 가지고, 상기 제1 접촉층(31)위에 채워지는 제2 접촉층(32)은 50 내지 100mm의 입경을 갖는다. 또한, 상기 제2 접촉층(32) 위에 채워지는 제3 접촉층(33)은 30 내지 50mm의 입경을 가지고, 상기 제3 접촉층(33) 위에 채워지는 제4 접촉층(34)은 10 내지 30mm의 입경을 갖는다.

상기 각 입경별 접촉층의 적층 높이는 대략 0.7 내지 1.0m 로 된다.

상기 제4 접촉층(34) 위, 즉 반응조(20)의 표면층은 특수한 재질로 제작된 구형 세라믹 접촉층(35)을 형성하되, 5 내지 10mm의 입경을 갖고, 적층 높이는 0.1. 내지 0.3m가 되도록 한다.

상기 세라믹 접촉층(35)을 이루는 접촉부재는 마모나 충격과 같은 현상에 대해서 충분한 내구성을 갖도록 SiO₂재질로 형성한다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 하천 정화 장치의 처리 과정을 도 5 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5 는 본 고안에 따른 하천 처리 장치의 처리 과정을 도시한 공정도이다.

이에 도시한 바와 같이, 먼저, 오염물질을 포함한 하천수는 스크린(51)을 거친 후, 침점조(52)(53)을 통과하면 모래나 비중이 큰 입자성 오염물질들은 침전된다.

그런 다음, 상기 침전조(52)(53)를 거친 하천수는 정화조(10)의 유량 조절조(12)를 통해 반응조(20)로 유입된다.

여기에서, 비교적 오염도가 높은 하천수를 정화시킬 경우, 선택적으로 정화조(10) 본체에 유입되기 전에 전폭기(미도시)의 폭기장치를 통해 하천수의 용존산소 농도를 높여 반응조(20)의 하부에서 상부로 흘러 보낸다.

계속해서, 상기 반응조(20)로 유입된 하천수는 그 반응조(20)의 하부로부터 상부로 이동되면서 다층으로 이루어진 접촉층(30)의 접촉재와 접촉하면서 통과된다.

하천수가 상기 접촉층(30)을 통과하는 과정에서 입자성 오염물질이 침전, 흡착 및 여과기능에 의해 접촉층의 공극내에 남아있게 되고, 남은 입자성 오염물질 및 용해성 오염물질은 접촉재의 표면에 형성된 미생물막에 의해서 생물학적인 산화, 분해과정을 거치면서 정화가 이루어진다.

또한, 반응조(20) 하부에 설치된 산기관(21)을 통해 기포를 분출시킴으로써 평상시 미생물의 성장에 필요한 용존 산소를 부가적으로 공급하고, 필요시 공기 공급량을 높여 접촉층의 공극내에 남은 고형 물질을 떨어트리고, 접촉층의 접촉재 표면에서 떨어진 생물막이나 무기화된 스컴등을 접촉층 최상부로 부상시켜역세구(40)를 통해 반응조(20) 외부로 배출시켜 역세기능을 한다.

이후, 반응조(20)에서 정화된 처리수는 반응조의 외부로 배출된다.

이러한 일련의 하천수 정화 과정에서, 정화작업이 이루어지는 시간 동안에 반응조(20)의 배출부에 설치된 배출 차단장치(54)는 잠금상태이고, 하천수 유입부의 유압차단장치(50)는 개방상태에서 하천수가 유입된다.

그리고, 정화작업이 완료되면 배출 차단장치(54)는 다시 개방상태로 전환된다.

또한, 반응조 유입 유출부의 차단장치(50)(54)는 평상시에 개방된 상태이나 비가 와서 하천수위가 일정 높이 이상이 되면 수위센서가 작동하여 수문을 자동으로 닫히게 함으로써 다량의 토사가 함유된 하천수가 반응조(20)로 유입되는 것을 차단하여 토사에 의한 접촉층(30)의 공극폐쇄를 사전에 방지한다.

또한, 제1 및 제2 침전조(52)(53)를 설치함으로써 반응조(20)로 유입되는 협잡물 및 슬러지의 양을 최소화시켜 역세빈도를 줄여 장기적인 운전이 가능하고, 침전조(52)(53)에 쌓인 슬러지는 청소가 용이하도록 슬러지 인발용 배관을 사전에 설치하여 필요시 지상에서 펌프만 배관에 연결하면 침전조에 쌓인 슬러지를 용이하게 인발할 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 고안의 하천 정화 장치는, 하천수 정화를 위한 반응조로 유입되는 하천수의 흐름방식을 상항류식으로 하기 때문에, 물보다 밀도가 작은 입자성 오염 물질이 접촉층 공극 사이에 비교적 용이하게 흡착,여과 및 침전될 수 있으며, 접촉재 하부 전단면에 걸쳐서 전단면을 유효하게 활용할 수 있다.

또한, 반응조 최상단 표층에 세라믹 접촉층을 형성하여 필터여과가 아닌 접촉여과의 기능이 발휘되기 때문에, 공극 폐쇄가 빈번하게 발생하지 않고, 균일화된 구형의 접촉재이기 때문에 공극이 규칙적이고, 흐름 자체가 편류를 일으킬 우려가 없으며, 유효접촉면적이 기존의 자갈과 같은 접촉층에 비해 반응조의 용량을 대폭 줄이거나, 동일 용량이라 할지라도 접촉층의 표면적을 대폭적으로 확대시킬 수 있다.

또한, 세라믹 접촉층의 접촉재의 표면에 미세한 공극들이 무수히 존재하고, 표면이 거칠기 때문에 미생물막의 형성 및 부착성이 높으며, 다른 접촉재에 비해서 비중이 작기 때문에 반응조 하부에서 공급되는 공기방울에 의한 마찰 및 유동성이 커서 접촉재 표면에 과대하게 부착된 미생물막의 세정효과를 높이고 일정 수준의 미생물막을 유지한다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이, 본 고안에 의한 자갈 및 세라믹 여재를 채운 다층 구조의 상향류식 하천 정화 장치 및 방법은, 슬러지 퇴적공간을 별도로 설치하지 않고, 반응조 하부에 설치된 산기관에서 공급되는 기포만으로 접촉층 사이에 쌓인 슬러지를효과적으로 배출시킴으로서 안정적인 오염물질의 제거를 가능하게 한 효과가 있다.

또한, 하천수가 유입되는 반응조의 유입부와 처리수가 배출되는 배출부에 차단장치를 설치함으로써 우천시 다량의 토사가 반응조로 유입되는 것을 방지하고, 하천수가 반응조로 유입되기 전에 복수개의 침전조에 의해 토사 및 협잡물이 반응조로 유입되는 것을 최소화시켜서 접촉층 사이에 쌓이는 슬러지의 양을 사전에 줄임으로써 슬러지 폐쇄에 따른 운전정지와 같은 역효과를 줄이는 효과가 있다.

또한, 본 고안의 하천 정화 장치는 상향류식 흐름방식이기 때문에 기존의 수평류식 하전수질 정화장치에 비해 부지면적을 대폭 줄일수 있을 뿐만 아니라 각기 다른 입경의 접촉재(자갈 또는 쇄석)과 세라믹 접촉재가 채워져 입자성 오염물질의 여과기능을 높임으로써 상대적으로 적은 용적에서 높은 수질정화 효과가 있다.

Claims (9)

1. 외부로부터 유입되는 하천수의 유입량을 조절하고 그 조절된 하천수를 안내하는 유량 조정조;

   상기 유량 조정조로부터의 하천수를 하부로부터 공급받으며, 입경 및 소재를 달리하는 접촉재가 소정 높이로 다수층 적층된 접촉층을 구비하여 하천수를 정화시키는 반응조;

   상기 접촉층의 최하단 하부에 설치되어 상기 반응조로 유입되는 하천수의 용존산소농도를 높이고, 상기 접촉층 사이의 오염물질들이 떨어져 부상되도록 공기방울을 발생시키는 공기발생 수단; 및

   상기 반응조의 상부에 설치되어 상기 공기발생 수단에 의해 부상된 오염물질을 상기 반응조의 외부로 반출하기 위한 역세구

   를 포함하는 상향류식 하천 정화 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 접촉층은

   입경별 소정 적층높이를 갖고 다수층 적층되되, 그 적층별 입경 크기가 반응조의 상부로 갈수록 감소되는

   상향류식 하천 정화 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 접촉층은

   최하단부에 100 내지 150mm 의 입경크기를 갖는 접촉재를 소정높이 채운 제1 접촉층;

   상기 제1 접촉층의 상부에 50 내지 100mm의 입경크기를 갖는 접촉재를 소정높이 채운 제2 접촉층;

   상기 제2 접촉층의 상부에 30 내지 50mm의 입경크기를 갖는 접촉재를 소정높이 채운 제3 접촉층; 및

   상기 제3 접촉층의 상부에 10 내지 30mm의 입경크기를 갖는 접촉재를 소정높이 채운 제4 접촉층으로 이루어지는

   상향류식 하천 정화 장치.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 입경별 접촉층은 자갈 또는 쇄석 중 어느 하나의 접촉재로 이루어지는 상향류식 하천 정화 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제4 접촉층의 상부에 소정 입경을 갖는 세라믹 접촉층이 더 형성되는 상향류식 하천 정화 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 세라믹 접촉층은 5 내지 10mm의 입경크기를 갖는 세라믹 접촉재로 이루어지고, 0.1. 내지 0.3m의 적층 높이로 되는 상향류식 하천 정화 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 세라믹 접촉층의 접촉재는 SiO₂재질로 형성되는 상향류식 하천 정화 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 반응조의 유입부측에 설치되며 하천수위의 일정 높이에 따라 개폐동작을 수행하여 하천수의 유입을 제어하는 하천수 유입 차단장치와, 상기 반응조에서 정화된 처리수가 배출되는 배출부측에 설치되어 처리수의 배출을 제어하는 하천수 배출 차단장치를 더 포함하는 상향류식 하천 정화 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 반응조의 유입부와 하천수 유입 차단장치 사이에 설치되어 상기 반응조로 유입되는 협잡물 및 슬러지를 침전시키기 위한 적어도 하나 이상의 침전조를 더 포함하는 상향류식 하천 정화 장치.