KR20030069345A - 합류식 하수도의 우수토실 - Google Patents

Abstract

하수의 1차적인 오수처리를 이룸과 동시에, 초기우수를 효율적으로 처리하여 자연 하천의 오염을 최소화할 수 있도록 하는 합류식 하수도의 우수토실을 제공할 목적으로,

내부가 중공부로 형성되며, 상단 일측에는 하천 방류구와 연결되는 방류홈이 형성되는 하우징; 상기 하우징의 중공부 내부에 배치되며, 그 단면상에는 다수의 여과홀을 갖는 제1스크린; 상기 하우징의 상부 일측을 관통하여 상기 제1스크린의 일측에 연결되는 합류관거; 상기 합류관거 및 상기 하우징으로부터 일정량의 하수를 차집하여 하수처리장으로 수송하는 차집관거; 상기 합류관거의 일측 하부와 상기 차집관거를 연결하며, 상기 합류관거 측으로는 단면적이 큰 대경부가 형성되고, 상기 차집관거 측으로는 단면적이 작은 소경부가 형성되어 있는 벤츄리관; 그리고 일단이 상기 벤츄리관의 소경부에 연결되고, 타단은 상기 하우징의 일측을 관통하여 상기 제1스크린의 하부에 연결되는 흡입관을 포함하는 합류식 하수도의 우수토실을 제공한다.

Description

합류식 하수도의 우수토실{OVERFLOW DISCHARGE CHAMBER IN A COMBINED SYSTEM OF SEWAGE}

본 발명은 합류식 하수도의 우수토실에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수토실 내부로 유입되는 하수를 1차적으로 오수처리한 후, 차집관거를 통하여 하수 처리장으로 배출시킬 수 있도록 하는 합류식 하수도의 우수토실에 관한 것이다.

일반적으로 하수의 배출방법은 하수(생활이나 사업에 기인하거나 수반되는오수와 자연강우에 의한 우수를 합한 것을 말함.)의 배제형식에 따라 오수와 우수(빗물)별개의 하수관거에 의하여 배제하는 분류식과, 오수와 우수를 동일 하수관거로 배제하는 합류식이 있다.

신도시의 경우에는 오수와 우수(빗물)를 별개의 관거로 구성하는 분류식 관거(分流式 管渠)를 사용함으로써 모든 하수를 직접 하수처리장으로 보내기 때문에 우수토실을 사용할 필요가 없으나, 기존의 많은 도시에서는 오수와 우수를 하나의 관거를 통하여 배수하는 합류식 관거(合流式 管渠, Combined System of Sewage)를 사용하고 있어 우천시 하수시설에 대한 부담을 경감시키기 위해 우수토실의 사용은 필수적이라 할 수 있다.

이러한 우수토실은 합류식 관거에서 우천시에 일정량의 하수를 차집하여 하수처리장으로 배출하고, 나머지 하수는 하천 등의 수역으로 방류하기 위한 시설로서, 종래의 우수토실은 보통 하수도 수로 바닥에, 수로의 폭과 같이 형성되어 수로 길이방향에 수직으로 하향하여 설치되는데, 그 입구면에는 철제 스크린을 설치하며, 그 아래 부분의 일측에 차집관거 입구를 연결하고, 상부 일측에서 하천 방류구와 연결되어 이루어진다.

즉, 평상시에는 하수도 수로를 통하여 유입되는 하수가 전량 우수토실로 흘러 들어가 우수토실 내부에 하부로부터 채워지면서 곧바로 차집관거를 통하여 하수처리장으로 배출되며, 우천시와 같이, 자연강우가 발생하는 경우에는 우수(빗물)에 의한 유량이 평상시 오수유량의 2∼3배 또는 그 이상이 될 때, 하천 방류구를 통하여 하천이나, 바다 등으로 방류하게 된다.

그러나 종래에 시공되는 합류식 관거의 필수요소인 우수토실은 평상시, 하수 중에 포함된 부유물이 방류구 주변 또는 우수토실의 입구면에 설치된 철제 스크린 등에 걸려서 1차적인 오수처리가 제대로 이루어지지 않아 악취 등의 환경문제를 야기시키게 되며, 이로 인한 오수처리 비용이 과중하게 되는 문제점이 있다.

또한, 우천으로 인한 홍수시, 우수토실의 용량을 초과하는 큰 유량, 특히 오염도가 큰 초기우수로 인하여 오수(모래, 토사 등을 함유하는) 및 부유물을 적절히 분리하여 처리하지 못하고, 전체 하수에 함유된 상태로 하천 또는 바다 등으로 방류하게 되며, 이로 인하여 하천 또는 인근 해역의 오염이 심각해진다는 등의 문제점도 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 평상시, 하수의 1차적인 오수처리와, 우천으로 인한 오염도가 큰 초기우수를 오수와 우수로 적절하게 분리하여 처리함으로서 상기한 바와 같은 문제점들을 효과적으로 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 우수토실을 내부와 외부로 나누어 2중으로 구성하며, 제1스크린과 차집관거 사이에 벤츄리 원리를 이용하여 오수를 펌핑할 수 있도록 구성함으로서, 하수의 1차적인 오수처리를 이룸과 동시에, 초기우수를 효율적으로 처리하여 자연 하천의 오염을 최소화할 수 있도록 하는 합류식 하수도의 우수토실을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하수의 1차적인 처리를 통하여 오수 및 오염된 부유물들을 초기에 제거 및 처리할 수 있도록 함으로서 하수처리 과정에서 소요되는 비용을 절감할 수 있도록 하는 합류식 하수도의 우수토실을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 우수토실의 전체 사시도이다.

도 2는 본 발명에 의한 우수토실의 부분 측 단면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 우수토실의 부분 평 단면도이다.

도 4는 본 발명에 적용되는 제1스크린의 사시도이다.

도 5는 도 4의 A-A 선에 따른 단면 사시도이다.

도 6은 본 발명에 적용되는 차집관거의 부분 단면 사시도이다.

도 7은 본 발명에 의한 우수토실의 일반적인 작용 상태도이다.

도 8은 본 발명에 의한 우수토실의 우천시 작용 상태도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 합류식 하수도의 우수토실은 내부가 중공부로 형성되며, 상단 일측에는 하천 방류구와 연결되는 방류홈이 형성되는 하우징; 상기 하우징의 중공부 내부에 배치되며, 그 단면상에는 다수의 여과홀을 갖는 제1스크린; 상기 하우징의 상부 일측을 관통하여 상기 제1스크린의 일측에 연결되는 합류관거; 상기 합류관거 및 상기 하우징으로부터 일정량의 하수를 차집하여 하수처리장으로 수송하는 차집관거; 상기 합류관거의 일측 하부와 상기 차집관거를 연결하며, 상기 합류관거 측으로는 단면적이 큰 대경부가 형성되고, 상기 차집관거 측으로는 단면적이 작은 소경부가 형성되어 있는 벤츄리관; 일단이 상기 벤츄리관의 소경부에 연결되고, 타단은 상기 하우징의 일측을 관통하여 상기 제1스크린의 하부에 연결되는 흡입관을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 우수토실의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 우수토실의 부분 측 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 우수토실의 부분 평 단면도로서, 본 발명에 따른 합류식 하수도의 우수토실은, 내부가 중공부로 형성된 8각기둥형상의 하우징(3)을 구비한다.

상기 하우징(3)의 상단 일측에는 하천 방류구(5)와 연결되어 하천 또는 바다로 하수를 방류하는 방류홈(7)이 하우징(3)의 8각면 중, 일면에 형성된다.

그리고 상기 하우징(3)의 중공부 내에는 하우징(3)의 모양과 동일한 8각기둥형상의 제1스크린(9)이 배치된다.

상기 제1스크린(9)은 그 상단이 상기 하우징(3)의 방류홈(7)과 동일한 높이가 되도록 설치되며, 상기 하우징(3) 내의 중공부를 외부토실(1)과 내부토실(11)로 구분한다.

여기서, 하우징(3)과 제1스크린(9)은 8각기둥 형상으로 이루어져 있으나, 이는 제작 및 설치가 용이한 점을 고려한 것일 뿐, 그 형상에 특별한 제한이 있는 것이 아니다. 예컨데, 하우징(3)의 형상은 우수토실을 설치하는 지형에 따라 여러 가지 모양으로 변경하는 것이 가능하다.

상기 제1스크린(9)에는, 도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 다수개의 여과홀(13)이 일정간격으로 형성되는데, 상기 여과홀(13)은 내부토실(11) 내로 유입되는 하수의 흐름방향(Flow)에 반대방향으로 그 단면에 대하여 소정각(α)만큼 경사지게 형성된다.

이는 하수 내에 함유되는 토사와 오수가 제1스크린(9)의 여과홀(13)을 잘 통과하지 못하게 하여 내부토실(11)의 내부에 잔류시킴으로서 우하수 내의 토사와 오수의 여과가 더욱 효과적으로 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

그리고 상기 제1스크린(9)의 상부 일측에는 하수를 유입시키는 합류관거(15)가 하우징(3)의 상부 일측을 관통하여 도 3에서와 같이, 중앙에 대하여 편심되게 연결된다.

여기서, 상기 합류관거(15)에는 그 전방의 일측에 하천 또는 바다로 이어지는 별도의 하수 방류관(17)이 지관(支管)형태로 형성되며, 이 하수 방류관(17) 상에는 수문(19)이 형성된다.

또한, 상기 합류관거(15) 및 하우징(3) 내부로부터 일정량의 하수를 차집하여 하수처리장으로 수송하는 차집관거(21)가 구비되는데, 이 차집관거(21)는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 합류관거(15)의 일측 하부에서 지관(支管)형태로 뻗어있는 벤츄리관(23)에 연결된다.

상기 차집관거(21)와 합류관거(15)의 일측을 연결하는 벤츄리관(23)은 합류관거(15)의 하부와 연결되는 일측에 단면적이 큰 대경부(25a)가 형성되고, 상기 차집관거(21)와 연결되는 일측에는 단면적이 작은 소경부(25b)로 형성된다.

또한, 차집관거(21)와 상기 소경부(25b)의 연결부에는 하우징(3)의 하측에서 뻗어나온 흡입관(27)이 연결되어 있다.

상기 흡입관(27)의 하단은 상기 하우징(3)의 하부 일측을 관통하여 제1스크린(9)의 하부 일측에 연결된다.

그리고 상기 흡입관(27) 내에는 하우징(3)으로부터 흡입되는 하수(오수) 또는 벤츄리관(23)을 통해 배출되는 하수(오수)가 내부토실(11)로 역류하는 것을 방지하기 위하여 체크밸브(29)가 설치된다.

한편, 상기 합류관거(15)와 상기 벤츄리관(23)이 연결되는 연결부분에는 제2스크린(31)이 설치되어 부유물을 걸러주게 된다.

이러한 구성을 갖는 합류식 하수도의 우수토실은 그 규격산정에 있어, 합류관거(15)의 상태와 지역, 지형적인 특성 및 하수량을 고려하여 결정되는데, 이러한 규격의 산정은 도시 수문 유출 모형을 사용하여 해당 지역의 유출 모의 실험을 통해 산정할 수 있으며, 그 구체적인 설명은 생략한다.

따라서 상기한 바와 같은 구성으로 이루어지는 합류식 하수도의 우수토실의 작동을 도 7과 도 8을 통하여 살펴보면, 먼저, 평상시에는 합류관거(15)를 흐르는 대부분의 하수(40;오수)가 합류관거(15)의 하부면에 연결되어 있는 벤츄리관(23)과 차집관거(21)를 통하여 바로 하수처리장으로 배출되며, 소량의 하수(41;오수)는 상기 합류관거(15)를 통하여 하우징(3) 내에도 유입되어 채워지게 되는데, 상기 하우징(3)에 유입되는 하수 중에서, 오염된 오수나 부유물(43) 등은 제1스크린(9)에 의해 걸러져서 내부토실(11)의 바닥으로 침전되고, 나머지 하수성분은 제1스크린(9)의 여과홀(13)을 통하여 외부토실(1) 쪽으로 흐르게 되어 하수를 1차적으로 정화시키게 된다.

이 때, 내부토실(11)의 바닥에 침전된 오수, 오염된 부유물 등은 하우징(3) 내부의 수위가 일정수위(h) 이상이 되면, 흡입관(27)을 통하여 벤츄리관(23)으로 자동 펌핑되어 차집관거(21)를 통하여 하수처리장으로 배출된다.

내부토실(11)내에 오수나 오염된 부유물을 자동 펌핑하는 원리를 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

즉, 합류관거(15)로부터 벤츄리관(23)을 통하여 흐르는 하수는 대경부(25a)로부터 소경부(25b)로 가면서 유동단면이 축소됨에 따라 연속방정식에 의해 유속이 증가하고(V_a< V_b), 이러한 유속 증가는 아래의 베르누이 방정식에 의해 알 수 있는 바와 같이, 압력강하(P_a> P_b)를 발생시킨다.

여기서 V는 유속, P는 압력, Z는 높이, h_L은 수두차, rho 는 밀도, g는 중력가속도이며, 아래 첨자 a, b는 각각 대경부와 소경부측을 가리킨다.

이러한 압력강하에 의해 벤츄리관(23)의 소경부(25b)의 압력은 대기압보다 작아질 수 있는데, 이 때, 하우징(3) 내에는 대기압이 작용하고 있으므로 소경부(25b)와 하우징(3) 내의 압력차를 이용하여 하우징(3) 내의 오수나 부유물 들을 흡입관(27)을 통하여 소경부(25b) 측으로 흡입할 수 있다.

여기서 벤츄리관(23)의 대경 및 소경의 관경이나, 수두차(h_L) 등은 해당 지역의 우수토실 내로 유입되는 오수의 양, 우수토실의 예상되는 우수토실 내의 최저수심 등의 제반사항을 고려하여 구체적인 값을 결정한다.

이로서, 상기 내부토실(11) 하부에 침전되는 오수 및 부유물(43)은 별도의 동력원없이 벤츄리관(23)과 흡입관(27)을 통하여 상시 하수처리장으로 배출되며, 이로 인한 우수토실의 관리비용을 절감할 수 있다.

또한, 오수 및 부유물(43)을 장시간 우수토실 내부에 방치하지 않음으로서, 악취등의 환경문제를 개선할 수도 있는 것이다. 물론, 흡입관을 통해 펌핑되지 않고 내부토실(11) 하부에 잔류하는 쓰레기 등은 작업자가 주기적으로 수거해 주어야 한다.

한편, 도 8에서와 같이, 우천으로 인하여 하수량이 증가하는 경우에도 역시,합류관거(15)를 흐르는 하수(40';오수 및 우수)의 일부는 벤츄리관(23)과 차집관거(21)를 통하여 바로 하수처리장으로 배출되며, 이 때, 상기 벤츄리관(23)에는 유동단면의 축소로 인하여 관내에 압력강하가 발생하게 된다.

또한, 대부분의 하수(41';오수 및 우수)는 상기 합류관거(15)를 통하여 하우징(3) 내로 유입되어 급속하게 채워지게 되는데, 이 하수(41';오수 및 우수)는 제1스크린(9)의 여과홀(13)을 통하여 1차적으로 여과되어 하우징(3)의 방류홈(7)을 통하여 하천 방류구(5)로 배출되며, 오수 및 부유물(43') 성분은 제1스크린(9)의 바닥으로 침전된다.

물론, 이때도 상기 제1스크린(9)의 하부로 침전되는 상기 대부분의 오수 및 부유물(43') 성분은 상기 흡입관(27)을 통하여 상기 압력강하가 발생하는 벤츄리관(23)으로 펌핑되어 차집관거(21)를 통하여 하수처리장으로 배출된다.

한편, 폭우 또는 홍수발생으로 과도한 하수량이 합류관거(15)로 유입되는 경우에는 상기 하수 방류관(17)의 수문(19)을 열어 용량 이상의 하수(45;오수 및 우수)를 하천으로 곧바로 방류시킴으로써, 우수토실의 과부하에 의한 역류를 방지할 수 있다.

본 발명은 우수토실을 내부와 외부로 나누어 2중으로 구성하여 우수 토실 내의 오수 등을 하수로 여과한 상태에서 차집관거를 통하여 하수종말처리장으로 보내므로 하수종말처리장에서의 오수처리 비용을 절감시킬 수 있으며 폭우로 인한 홍수시에도 우수토실의 용량을 초과하는 큰 유량, 특히 오염도가 큰 초기우수에 포함되는 오수(모래, 토사 등을 함유하는) 및 부유물을 제1스크린에서 적절히 분리하여 처리함으로써 하천 또는 인근 해역의 환경오염 발생요인을 획기적으로 줄일 수 있다.

또한, 우수 토실 내의 오수 등을 차집관거로 이동시킬 때 벤튜리 원리에 따라 무동력으로 흡입하여 이동시키므로 우수 토실의 관리에 요구되는 비용도 줄일 수 있다.

Claims (5)

1. 내부가 중공부로 형성되며, 상단 일측에는 하천 방류구와 연결되는 방류홈이 형성되는 하우징;

   상기 하우징의 중공부 내부에 배치되며, 그 단면상에는 다수의 여과홀을 갖는 제1스크린;

   상기 하우징의 상부 일측을 관통하여 상기 제1스크린의 일측에 연결되는 합류관거;

   상기 합류관거 및 상기 하우징으로부터 일정량의 하수를 차집하여 하수처리장으로 수송하는 차집관거;

   상기 합류관거의 일측 하부와 상기 차집관거를 연결하며, 상기 합류관거 측으로는 단면적이 큰 대경부가 형성되고, 상기 차집관거 측으로는 단면적이 작은 소경부가 형성되어 있는 벤츄리관; 그리고

   일단이 상기 벤츄리관의 소경부에 연결되고, 타단은 상기 하우징의 일측을 관통하여 상기 제1스크린의 하부에 연결되는 흡입관;

   을 포함하는 합류식 하수도의 우수토실.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1스크린은

   그 외형이 적어도 4각 이상의 다각형상으로 이루어지며, 그 단면상에 형성되는 여과홀은 상기 제1스크린 내로 유입되는 하수의 흐름방향에 반대방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 합류식 하수도의 우수토실.
3. 제1항에 있어서, 상기 합류관거 상에는

   상기 벤츄리관이 연결되는 연결부분에 제2스크린이 설치되며, 그 전방의 일측에는 별도의 하수 방류관이 형성되는 것을 특징으로 하는 합류식 하수도의 우수토실.
4. 제1항에 있어서, 상기 흡입관 내에는

   상기 하우징으로부터 흡입되는 하수 또는 상기 벤츄리관을 통해 배출되는 하수의 역류를 방지하기 위한 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 합류식 하수도의 우수토실.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1스크린은

   그 외형이 8각형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 합류식 하수도의 우수토실.