KR20030030410A - 다중 반응벽 지하댐을 이용한 지하수 확보 및 정화 시스템 - Google Patents

다중 반응벽 지하댐을 이용한 지하수 확보 및 정화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수 개의 반응벽 지하댐을 이용한 지하수자원 확보 및 정화 시스템에 관한 것으로, 불투수 벽체로 이루어진 차수벽(11,11',11″)과 상기 차수벽(11,11',11″)에 형성된 복수 개의 유수구(12,12',12″)와 상기 유수구(12,12',12″)에 설치되어 유수구(12,12',12″)를 통하여 유출되는 지하수를 접촉에 의하여 여과 및 정화시키는 복수 개의 정화모듈(20,20',20″)을 구비한 복수 개의 반응벽 지하댐(10,10',10″)을 다단계로 설치하여 지하수를 저류시킴으로써 상기 각 지하댐(10,10',10″)의 상류측에 지하수를 일시 저장하여 지하수자원을 확보하도록 함과 아울러, 상기 저류된 지하수를 상기 각 지하댐(10,10',10″)의 유수구(12,12',12″)에 설치된 정화모듈(20,20',20″)을 통하여 다단계로 여과 및 정화시켜 유하시키는 구조를 제공한다.
이와 같이, 본 발명은 복수의 반응벽체로 구성된 지하댐을 다단계로 연속 설치함으로써 지하수 저류량을 증대시켜 지하수자원을 확보하고, 이를 농업 및 산업용수, 하천유지용수 또는 각종 생활용수로 활용할 수 있도록 함으로써 자원효율성을 높일 수 있게 됨과 아울러, 각 지하댐에 필터부재를 구비한 복수의 정화모듈을 설치한 구조를 제공함으로써 오염된 지하수의 수질을 개선할 수 있게 된다.

Description

다중 반응벽 지하댐을 이용한 지하수 확보 및 정화 시스템{System for Reserving and Cleaning up Ground Water using the Multi Permeable Reactive Underground Dam}
본 발명은 복수 개의 반응벽 지하댐을 이용한 지하수 확보 및 정화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지반 내부에 복수 개의 정화모듈이 구비된 지하댐을 다단계로 설치하여 각 단계별로 충분한 양의 지하수를 저류하여 지하수를 확보함과 동시에 저류된 지하수를 정화모듈에 의하여 다단계로 여과 및 정화하므로써 오염된 지하수를 고청정도의 지하수가 되도록 하는 지하수 확보 및 정화 시스템에 관한 것이다.
최근 지하수의 오염이 심각한 문제로 대두되고 있다. 지하수는 지반내의 투수층에 저류하여 종국에는 하천으로 흘러가게 되는데, 무분별한 지하수 개발, 토양의 오염, 매립지에서의 침출수 등으로 인하여 지하수가 심각하게 오염되고 있는 실정이다.
한편, 가뭄, 용수 사용량 증가 등으로 인하여 농업용수, 공업용수, 하천유지용수, 생활용수 등 용수의 부족이 또한 심각한 문제로 대두되고 있는데, 현재와 같은 지하수 오염 상태로는 지하수를 용수로서 사용하기에 적합하지 않을 뿐만 아니라, 자연적으로 유하되는 지하수로는 충분한 용수를 확보할 수 없다.
이러한 오염된 지하수를 정화하는 노력으로 반응벽체를 이용한 지하수 정화 기술이 개발되어 있는데, 반응벽체(Permeable Reactive Barriers; PRBs)란 각 오염성분의 제거에 적합한 반응매질(reactive media)을 이용하여 벽체를 형성한 것을 일컫는 것으로, 이와 같은 반응벽체를 오염대가 존재하는 지반에 설치하고 지하수 오염대(contaminant plume)의 수리학적 흐름을 이용하여 반응매질과 오염물질의 화학적 반응을 유도함으로써 오염성분을 제거하게 된다.
이에 본 발명은 종래에 개발된 반응벽체를 응용하여 상기와 같은 현재의 지하수 오염 문제 및 지하수 용수 부족을 해결하기 위해 안출된 것으로, 오염된 지하수를 여과 및 정화하여 생활용수, 농업용수 등 용수로서 사용하기 적합한 상태로 만듬과 동시에 필요시 사용할 수 있도록 지하수를 저류할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 반응벽 지하댐의 다단계 설치구조를 도시한 단면도
도 2는 도 1에 따른 복수의 반응벽 지하댐을 이용한 지하수 확보 및 정화 시스템의 구성을 도시한 평면도
도 3은 본 발명의 반응벽 지하댐에 구비된 정화모듈을 확대하여 도시한 일부 확대 사시도
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *
1 : 지표층2 : 기반암
3 : 충적층10,10',10″ : 지하댐
11,11',11″ : 차수부12,12',12″ : 유수구
13,13',13″ : 유도벽20,20',20″ : 정화모듈
21,21',21″: 프레임22,22',22″ : 끼움부
23,23',23″ : 필터부재23a, 23'a, 23″a : 통과공
Q0,Q0',Q1,Q1',Q2,Q2' : 수위
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 불투수 벽체로 이루어진 차수벽과 상기 차수벽에 형성된 복수 개의 유수구와 상기 유수구에 설치되어 유수구를 통하여 유출되는 지하수를 접촉에 의하여 여과 및 정화시키는 복수 개의 정화모듈을 구비한 복수 개의 반응벽 지하댐을 형성하고 이러한 지하댐을 다단계로 설치하여 지하수를 저류시킴으로써 상기 각 지하댐의 상류측에 지하수를 일시 저장하여 지하수 자원을 확보하도록 함과 아울러, 상기 저류된 지하수를 상기 각 지하댐의 유수구에 설치된 정화모듈을 통하여 다단계로 여과 및 정화시켜 유하시키는 것을 특징으로 하는 복수 개의 반응벽 지하댐을 이용한 지하수 확보 및 정화 시스템이 제공된다.
본 발명에서는 그 구체적인 예로서, 상기 정화모듈이, 다면체 구조의 프레임으로 외곽을 형성하고 상기 프레임의 내측에는 끼움구조로 된 복수의 끼움부가 상하 방향으로 형성되어 있으며, 상기 끼움부는 지하수의 흐름방향을 따라 상호 소정간격 이격되어 배열되는데, 상기 끼움부에는 지하수를 여과하여 정화시키기 위한 필터부재가 각각 끼워져서 고정되는 것을 특징으로 하는 지하수 확보 및 정화 시스템이 제공된다.
본 발명의 시스템에 있어서, 다단계로 배치된 상기 각 지하댐은 각각의 정화모듈이 서로 엇갈린 위치에 놓이도록 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 시스템에 있어서, 상기 필터부재는, 영가철, 제올라이트, 고로 제강 슬래그, 유기질토 또는 굴패각으로 이루어진 반응매질이 바인더와 함께 혼합되어 제작된 다수의 통과공이 형성된 다공성 판재 형상으로 구성되는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 반응벽 지하댐의 다단계 설치구조를 단면도로 도시한것이고, 도 2는 도 1의 다단계로 설치된 반응벽 지하댐의 평면도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 반응벽 지하댐에 구비된 정화모듈을 확대하여 도시한 일부 확대 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지하수 확보 및 정화 시스템에서는, 지하수의 흐름을 차단하여 지하수자원을 확보하기 위한 수단으로서 지반 내의 지표층(투수층;1)과 기반암(불투수층;2) 사이의 충적층(3)에 반응벽체로 구성된 복수 개의 지하댐(10,10',10″)이 다단계로 설치된다.
즉, 도 1 및 도 2에 도시된 일예와 같이, 지반의 충적층(3) 내에 상류로부터 하류를 향하여 1차 지하댐(10), 2차 지하댐(10′) 및 3차 지하댐(10″)이 순차적으로 위치하여 다단계로 배열된다.
상기 각 지하댐(10,10',10″)은 지하수를 저류시키는 한편 저류된 지하수를 정화하여 하류로 흐르게 하는 반응벽체로 구성되는데, 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 지하댐(10,10',10″)은 불투수벽체로 이루어진 차수벽(11,11',11″)으로 구성되며, 상기 차수벽(11,11',11″)에는 저류된 지하수가 하류로 흐를 수 있도록 하는 복수 개의 깔대기형 유수구(12,12',12″)가 형성되어 있고, 각 유수구(12,12',12")의 양단에 형성된 설치벽(13,13',13")의 내측에는 하류로 흐르는 지하수를 여과하여 정화하기 위한 정화모듈(20,20',20″)이 구비된다. 강재 Sheet Pile 이나 Concrete 등으로 성형되는 상기 설치벽(13,13',13″)은 도면에 도시된 바와 같이 저류된 지하수를 정화모듈(20,20',20″)로 안내할 수 있도록 상기 각 유수구(12,12',12″)의 양단으로부터 경사져서 형성되며, 상하류부에는 지하수만 통과시키며, 토양의 이송을 막기 위하여 자갈 등으로 구성된 여과층을 둔다.
이와 같이, 본 발명을 구성하는 각각의 지하댐(10,10',10″)은 저류된 지하수를 복수의 유수구(12,12',12″)를 통하여 하류로 유출시키면서 각 유수구(12,12',12″)에 구비되는 정화모듈(20,20',20″)을 이용하여 지하수를 여과 및 정화하도록 된 반응벽체 구조로 이루어진다.
도 3에는 본 발명에 구비된 정화모듈(20,20',20″)의 일 구성예가 상세히 도시되어 있는데, 상기 정화모듈(20,20',20″)은 다각형 구조의 프레임(21,21',21")으로 외곽을 형성하고, 이 프레임(21,21',21″)의 내측에는 끼움구조로 된 복수 개의 끼움부(22,22',22″)가 상하 방향으로 형성되어 있다. 상기 각 끼움부(22,22',22″)는 지하수의 흐름방향을 따라 상호 소정간격 이격되어 배열되는데, 상기 끼움부(22,22',22″)에는 지하수를 여과하여 정화시키기 위한 필터부재(23,23',23″)가 각각 끼워져서 고정된다.
본 발명의 정화모듈(20,20',20″)은 복수의 필터부재(23,23',23″)가 상기 끼움부(22,22',22″)에 끼워져서 장착된 구조이므로 오랜 정화작용에 의해 필터부재(23,23',23″)의 성능이 저하된 경우에는 간단하게 교환할 수 있다. 또한, 필터부재(23,23',23″)의 사용 개수를 쉽게 조정할 수 있으므로 지하수의 오염 정도나 오염원의 종류에 따라 이에 적합한 정화모듈(20,20',20″)의 정화성능을 용이하게 조정할 수 있게 된다.
상기 프레임(21,21',21″)은 가볍고 강도가 큰 스테인레스 스틸(Stainlesssteel)로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 필터부재(23,23',23″)는 영가철, 제올라이트, 고로 제강 슬래그, 유기질토, 굴패각 등과 같은 여과성이 높은 순수 정화물질로 구성하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 필터부재(23,23',23″)는 상기 정화물질을 바인더와 혼합하여 다수의 통과공( 23a,23'a,23″a)이 형성된 다공성 판재 형상으로 구성할 수 있다. 상기 필터부재(23,23',23″)를 다공성 판재 형상으로 구성하게 되면 여과 및 정화과정에서 지하수가 원활하게 흐를 수 있으면서도 정화물질과 충분한 접촉이 이루어질 수 있어 정화효과가 향상될 뿐 아니라, 다공성 필터부재가 적절한 투과성을 가지고 있어 공극폐색에 의한 필터부재의 수명단축을 막을 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 지하수 확보 및 정화 시스템에서는 먼저 1차 지하댐(10)에 의하여 지하수의 1차 저류가 이루어지게 된다. 이때, 흐름이 차단된 지하수는 수위가 점차 상승하게 되어 저류 전 수위(Q0)와 저류 후 수위(Q0') 사이에는 도 1에 도시된 바와 같이 수두차가 발생하게 된다. 이와 같이 상기 1차 지하댐(10)에 의한 저류를 통하여 통상의 경우보다 더 많은 양의 지하수를 확보할 수 있고, 이렇게 확보된 지하수는 여러 가지 용도의 용수로 활용할 수 있게 된다.
앞서 살펴본 바와 같이, 상기 1차 지하댐(10)에는 복수 개의 정화모듈(20)이 구비되어 있는데, 상기 1차 지하댐(10)에 의하여 저류된 지하수는 그 수두차에 의하여 지하댐(10)의 각 유수구(12)로 흘러가게 되어 상기 정화모듈(20)을 거쳐 유출된다. 지하수가 정화모듈(20)을 거쳐 유출되는 과정에서 정화모듈(20) 내에 장착된 필터부재(23)에 의해 지하수가 1차적으로 여과 및 정화된다.
상기 1차 지하댐(10)을 통과하며 1차 정화된 지하수는 2차 지하댐(10')에 의해 2차 저류가 이루어지게 된다. 2차 저류된 지하수는 2차 지하댐(10')의 내측에서 수위가 점차 상승하게 되어 저류 전 수위(Q1)와 저류 후 수위(Q1') 사이에는 도 1에 도시된 바와 같이 수두차가 발생하게 된다. 이와 같이 2차 지하댐(10')에 의해 또다시 지하수가 상당 수위(Q1')로 저류되고 이를 농업이나 산업용수 등으로 활용할 수 있게 되므로 지하수의 활용도가 더욱 높아지게 된다.
한편, 2차 지하댐(10')에 의하여 저류된 지하수는 그 수두차에 의하여 또다시 2차 지하댐(10′)에 형성된 복수 개의 유수구(12') 각각으로 모여들고, 이들 각 유수구(12′)에 구비된 정화모듈(20')을 통하여 하류로 유출된다. 이 경우에도 유수구(12′)에 구비된 정화모듈(20′)을 통과하는 지하수는 정화모듈(20′)내에 장착된 필터부재(23')에 의해 2차적으로 여과 및 정화된다.
또한, 상기 2차 지하댐(10')을 통과하며 2차 정화된 지하수는 다시 3차 지하댐(10″)에 의해 3차 저류가 이루어지게 되는데, 이 경우에도 저류되는 지하수는 3차 지하댐(10″)의 내측에서 수위가 점차 상승하게 되어 저류 전 수위(Q2)와 저류 후 수위(Q2') 사이에 도 1에 도시된 바와 같이 수두차가 발생하게 된다. 이와 같이 3차 지하댐(10″)에 의해서 또다시 지하수를 저류시키므로써 농업 또는 생활용수등으로 활용할 수 있는 지하수를 확보할 수 있게 된다.
3차 지하댐(10″)에 의하여 저류된 지하수는 그 수두차에 의하여 또다시 3차 지하댐(10″)에 형성된 복수 개의 유수구(12″) 각각으로 모여들고, 이들 각 유수구(12″)에 구비된 정화모듈(20″)을 통과하면서 필터부재(23″)에 의하여 3차적으로 여과 및 정화된 후 하류로 유출된다.
본 발명의 지하수 확보 및 정화 시스템에서는, 지하댐의 개수에는 제한이 없는데, 앞서 설명한 예에서 3차 지하댐(10″)의 후방으로 4차, 5차 지하댐을 단계적으로 연속하여 구비할 수도 있다. 또한, 본 발명의 지하수 확보 및 정화 시스템에 있어서 상기 각각의 지하댐(10,10',10″)에 구비되는 정화모듈(20,20',20″)은 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 엇갈리게 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 시스템에서는 지하댐을 다단계로 배치하므로써 각각의 지하댐 설치구역에서 자연상태의 경우보다 더 많은 양의 지하수를 확보할 수 있게 되며, 지하수가 다단계의 지하댐을 통과하면서 연속하여 여과 및 정화되므로 연속적인 지하수 정화작용과, 그로 인한 지하수의 고청정화로 지하수 수질을 개선할 수 있게 된다.
본 발명의 이러한 고청정 정화작용은 PCE, TCE 등의 염화유기화합물, 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소 등의 영양염류와 카드뮴, 납, 구리, 아연 등의 중금속등의 제거에 적용될 수 있는데, 특히 오염물이 유출되는 매립지의 안정화 처리작업, 넓은 형태의 비점 오염원에 의한 오염 지하수의 정화, 및 인공 함양시의 더욱 빠른 지하수 수질관리 등의 분야에 매우 효과적이다.
위와 같이, 본 발명은 반응벽체로 구성된 복수 개의 지하댐을 다단계로 연속 설치함으로써 각 단계별로 지하수 저류량을 증대시켜 종전보다 많은 양의 지하수자원을 확보하고, 이를 농업 및 산업용수, 하천유지용수 또는 각종 생활용수로 활용할 수 있도록 함으로써 자원효율성을 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 각 지하댐에 필터부재를 구비한 복수 개의 정화모듈을 설치하여 지하수를 여과 및 정화한 상태로 유하시킴으로써 오염된 지하수의 수질을 개선할 수 있게 된다.
특히, 지하댐을 다단계로 설치하여 지하수의 여과 및 정화를 1회에 그치는 것이 아니라 다단계로 이루어지도록 하므로써 오염된 지하수를 고청정의 지하수로 여과 및 정화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 지하댐은 수위차에 의해 에너지의 추가 공급 없이도 지하수의 순환을 촉진시키게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 불투수 벽체로 이루어진 차수벽(11,11',11″)과 상기 차수벽(11,11',11″)에 형성된 복수 개의 유수구(12,12',12″)와 상기 유수구(12,12',12″)에 설치되어 유수구(12,12',12″)를 통하여 유출되는 지하수를 접촉에 의하여 여과 및 정화시키는 복수 개의 정화모듈(20,20',20″)을 구비한 복수 개의 반응벽 지하댐(10,10',10″)을 다단계로 설치하여 지하수를 저류시킴으로써 상기 각 지하댐(10,10',10″)의 상류측에 지하수를 일시 저장하여 지하수 자원을 확보하도록 함과 아울러, 상기 저류된 지하수를 상기 각 지하댐(10,10',10″)의 유수구(12,12',12″)에 설치된 정화모듈(20,20',20″)을 통하여 다단계로 여과 및 정화시켜 유하시키는 것을 특징으로 하는 복수 개의 반응벽 지하댐을 이용한 지하수 확보 및 정화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정화모듈(20,20',20″)은 다면체 구조의 프레임(21,21',21″)으로 외곽을 형성하고, 상기 프레임(21,21',21″)의 내측에는 끼움구조로 된 복수의 끼움부(22,22',22″)가 상하 방향으로 형성되어 있으며, 상기 끼움부(22,22',22″)는 지하수의 흐름방향을 따라 상호 소정간격 이격되어 배열되는데, 상기 끼움부(22,22',22″)에는 지하수를 여과하여 정화시키기 위한 필터부재(23,23',23″)가 각각 끼워져서 고정(20,20',20″)되는 것을 특징으로 하는 지하수 확보 및정화 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    다단계로 배치된 상기 각 지하댐(10,10,'10″)은 각각의 정화모듈(20,20',20″)이 서로 엇갈린 위치에 놓이도록 배치되는 것을 특징으로 하는 지하수 확보 및 정화 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 필터부재(23,23',23″)는, 영가철, 제올라이트, 고로 제강 슬래그, 유기질토 또는 굴패각으로 이루어진 반응매질이 바인더와 함께 혼합되어 제작된 성형체로서 다수의 통과공(23a,23'a,23″a)이 형성된 다공성 판재 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 지하수 확보 및 정화 시스템.
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