KR200354972Y1 - 빗물의 집수 및 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 빗물의 집수 및 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상부에 집수면이 형성되어 있는 투수콘크리트층, 상기 집수면을 통과하면서 1차 여과된 빗물을 모으는 집수기, 상기 집수기에 모인 빗물에 존재하는 오염물질을 제거하기 위한 스크린 여과기 및 필터장치, 및 내부에 교란방지벽 및 월류벽이 설치되어 있고 바닥면에 세라믹이 충진된 저장탱크를 포함하여 구성되는 빗물 집수 및 정화 장치에 관한 것이다.

Description

빗물의 집수 및 정화장치{RAINWATER COLLECTION AND PURIFICATION APPARATUS}

본 고안은 빗물의 수집 및 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상부에 집수면이 형성되어 있는 투수콘크리트층, 상기 집수면을 통과하면서 1차 여과된 빗물을 모으는 집수기, 상기 집수기에 모인 빗물에 존재하는 오염물질을 제거하기 위한 스크린 여과기 및 필터장치, 및 내부에 교란방지벽 및 월류벽이 설치되어 있고 바닥면에 세라믹이 충진된 저장탱크를 포함하여 구성된 장치에 관한 것이다.

우리나라의 수자원 장기종합계획(건설교통부, 2001.7)에 따르면 2006년부터 물수요가 공급을 초과하게 되고, UN산하의 국제인구행동연구소(PAI)에 따르면 우리나라는 이미 모로코, 남아프리카 공화국 등과 같이 물 부족 국가로 분류되고 있다. 따라서 수자원을 개발하는 것이 매우 절실하게 요구되고 있다.

우리나라의 전 국토에 내리는 빗물은 연간 총 1276억 톤이며, 이중 731억 톤이 땅으로 흘러가게 되고 545억 톤은 증발되어 사라진다. 지면위로 흐르는 물 731억 톤 중 400억 톤은 바다로 유실되어 사라지고, 331억 톤의 물이 댐의 저장수, 하천수 또는 지하수 등이 되어 사용된다. 그러나 우리나라는 여름에 비가 많이 내리고, 겨울과 봄에는 비가 거의 오지 않아서 가문 강우 특성을 갖고있다. 따라서, 여름에 내리는 빗물을 모아서 겨울과 봄의 가뭄에 사용하기 위해 댐을 건설하고 있다. 이러한 댐의 건설은 불가피하기는 하지만 돈과 시간, 환경문제, 침수지역의 발생 등 여러가지 문제가 발생한다.

이에 대한 대책으로 학교, 공공시설 및 가정 등에서 빗물탱크를 만들어 상기 건물의 옥상에 내린 빗물을 모아 빗물탱크에 저장해놓고 나서 저장된 물을 화장실용수나 조경용수 등으로 활용함으로써 물 부족을 일부 해결하는 것이 가능하고, 더 나아가서 댐의 필요용량을 줄이는 것이 가능하다. 하늘에서 내린 빗물을 모으는 역할을 하는 건물의 옥상 등을 집수면이라 하는데, 집수면에 모인 빗물은 일반적으로 집수면에 설치된 홈통을 거쳐 빗물 저수용 탱크에 모인 다음 특별한 처리를 하지 않고 화장실 세정용수, 정원의 살수용수 또는 세차용수 등으로 사용하였다. 그러나, 건물의 옥상에서 집수된 빗물의 강우량이 약 0.5~1.0mm일때까지는 집수면을 씻어 내려가기 때문에, 지붕에서 집수된 빗물의 수질은 일반적으로 강우량이 1.5~2.0mm일때까지 그 수질이 안정되지 않으며, 한동안의 가뭄 후에 내리는 경우에는 초기 1.5mm 정도가 집수면에 축적된 오염 물질에 의해 오염되기 때문에, 빗물에 별도의 정수 처리를 하지 않고 사용하는 것은 적절하지 않다는 문제가 있었다.

빗물을 정수처리하는 가장 기본적인 방법으로는 빗물을 일정기간 이상 지하 또는 지상의 저장탱크에 저장하여 오염물질을 침전시키는 방법이 있다. 그러나 상기 방법으로는 산성비를 중화시키기가 곤란하고, 입자가 작거나 부유성 오염물질 또는 미생물이 빗물에 섞여서 저장탱크로 유입된 경우에는 저장된 빗물의 수질이 나빠진다는 문제가 있어, 이를 해결하기 위하여 저장된 물을 스크린 여과기나 필터로 정화하는 방법이 사용되었다. 그러나, 우기에 집중적으로 많은 양의 비가 내리는 우리나라의 기후 특성상 장마철에는 다량의 빗물이 건물의 옥상과 같은 집수면에 존재하는 오염물질을 쓸고 저장탱크 내부로 밀려들어오면서 바닥에 침전되어 있던 오염물질까지 교란시키는 때가 빈번하기 때문에 저장탱크내에 저장해 놓은 빗물의 수질이 쉽게 악화된다는 문제가 있었다. 또한, 낙엽 등과 같이 비교적 크기가큰 오염 물질이 집수면에 존재하는 경우 이것들이 집수면에 설치된 좁은 홈통을 막는 경우가 빈번하게 발생하는데, 홈통이 막히게 되면 홈통을 막은 오염물질을 제거할 때까지 빗물을 더이상 집수할 수 없게 된다. 따라서 기존의 빗물 처리장치를 설치한 다음에 이를 유지 및 관리하는 경우에는 비가 오기 전에 홈통을 막을 수 있는 크기의 오염물질을 반드시 제거하여야 하는 불편이 있었다. 비록 상기 집수면에 설치된 홈통에 걸리지 않더라도 일정 크기 이상의 오염물질은 스크린 여과기 또는 필터의 기능에 장애를 초래하는 경우가 많았다. 따라서, 강수량이 충분하다 하더라도 집수면에 큰 오염물질을 제거하지 않아 빗물의 집수가 원할하지 못하게 되는 경우가 많다는 문제가 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 건물의 옥상과 같은 집수면을 주기적으로 청소하지 못하여 낙엽 등과 같이 비교적 크기가 큰 오염물질에 의해 빗물을 집수하기 위한 홈통이 막혀 빗물의 집수가 원할하지 못하게 되는 문제를 해결할 수 있는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 집수면에 모인 빗물에 포함된 오염물질을 크기에 따라 단계별로 정화하는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 강수량이 많은 우기에 저장탱크로 유입되는 빗물의 양이 빠르게 증가하면서 저장탱크 바닥에 쌓이는 침전물이 빗물의 유입에 의하여 교란되는 것을 최소화함으로써 깨끗한 상태의 빗물을 각종 용수로 공급할 수 있으며, 유지 및 관리가 용이한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 저장탱크 바닥에 세라믹을 충전함으로써 저장탱크 내에서 빗물을 장기간 보관하더라도 스크린 여과기 및 필터장치에 의하여 여과된 빗물의 수질을 계속 유지시키거나 더욱 향상시킬 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1:본 고안의 일실시예에 따른 빗물 집수 및 정화장치에 대한 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 설명

1:집수면 14:지붕면

2:집수기 15:교란방지벽

3:집수관 16:월류벽

4:스크린 여과기 17:월류관

5:유입관 18:배출관

6:필터장치 21:제1구역

7:유출관 22:제2구역

8:투수콘크리트층 23:제3구역

11:저장탱크 24:제1구역 이물질 배출구

12:저장탱크 바닥면 25:제2구역 이물질 배출구

13:세라믹

본 고안의 빗물 집수 및 정화장치는,

상부에 집수면(1)이 형성되어 있는 투수콘크리트층(8);

한쪽 끝은 상기 투수 콘크리트층(8)의 하부면 전체를 덮고, 다른 한쪽은 집수관(3)으로 연결되어 있는 집수기(2);

집수관(3)에 의해 상기 집수기(2)와 연결되어 있는 스크린 여과기(4);

유입관(5)에 의해 상기 스크린 여과기(4)와 연결되어 있는 필터장치(6); 및,

유출관(7)에 의해 상기 필터장치(6)와 연결되어 있고, 내부에 교란방지벽(15) 및 월류벽(16)이 설치되어 있으며, 바닥면(12)에 세라믹(13)이 충전되어 있고, 벽면에 배출관(18)이 설치되어 있는 저장탱크(11)를 포함하여 구성된다.

본 고안을 도면을 이용하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 빗물 집수 및 여과장치에 대한 전체적인 단면도이다.

본 고안에 따른 빗물 집수 및 여과장치는 투수콘크리트층(8)의 일측면을 집수면(1)으로 사용하는 것을 특징으로 한다. 집수면(1)은 하늘에서 내리는 빗물을 1차적으로 모으는 수단이다. 집수면(1)으로 사용하기 위한 투수콘크리트층(8)은 건물 옥상에 설치하는 것이 바람직하다.

투수 콘크리트는 투수성을 확보하기 위하여 시멘트풀이 도포된 골재 상호간에 다수의 연속된 공극이 존재하도록 시멘트와 물과 쇄석골재 등을 일정 비율로 혼합하여 제조한 것이다. 본 고안에 사용되는 투수콘크리트는 공극률이 10~45%이고, 투수계수가 0.01~1cm/초인 투수콘크리트라면 당업계에 알려진 모든 투수콘크리트가 사용될 수 있다. 이 경우 집수면(1)에 모인 빗물은 투수콘크리트층(8)을 투과하여 그 하부의 집수기(2)에 모이게 되는데, 그 투과하는 과정에서 빗물이 1차 여과된다. 기존에 빗물을 홈통으로 집수하는 방법과 달리 낙엽처럼 부피가 큰 오염물질을 비가 오기 전에 주기적으로 제거하지 않았다 하더라도 효과적으로 빗물을 집수할 수 있다.

본 고안에서 집수기(2)는 투수콘크리트층(8)을 통과하면서 1차여과된 빗물을 하나의 흐름으로 모으기 위한 수단으로서, 한쪽 끝은 상기 투수 콘크리트층(8)의 하부면 전체를 덮어 투수콘크리트층(8)을 통과한 빗물이 새나가지 않도록 하고, 다른 한쪽은 집수관(3)으로 연결되어 있으며, 빗물이 집수기(2)에서 집수관(3)으로 용이하게 이동할 수 있도록 집수기(2) 내부에 구배가 형성되어 있는 형태이다. 바람직하게는 집수기(2)와 집수관(3)의 연결부위는 집수기(2)의 하부에 위치하고, 집수기(2)의 하부에는 1% 이상의 경사가 형성되어 있다. 본 고안의 일실시예인 도 1에는 5%경사가 형성되어 있는 집수기(2)가 도시되어 있다.

상기 집수기(2)에 모인 빗물은 집수기(2)에 연결된 집수관(3)을 통해 스크린여과기(4)로 유입된다. 스크린 여과기(4)는 상기 투수콘크리트층(8)을 통하여 1차여과된 빗물에서 크기가 10~30미크론 이상인 입자가 큰 오염물질을 제거하기 위한 수단이다. 바람직하게는 24메쉬 이하의 망을 이용하여 빗물을 여과하는 장치가 사용된다.

상기 스크린 여과기(4)를 통하여 여과된 빗물은 유입관(5)을 통해 필터장치(6)로 유입된다. 상기 필터장치(6)는 스크린 여과기(4)를 통과한 빗물에 잔존하는 미세한 오염물질을 제거하기 위한 수단이다. 본 고안에서 필터장치(6)로는 바람직하게는 활성탄 필터 또는 세라믹 필터가 적합하다. 활성탄 필터는 야자수 열매껍질이나 코코넛껍질을 태워 만든 숯인 활성탄을 이용한 것으로, 물 토출량이 많고 가격이 저렴하여 유지비도 적게 들 뿐만 아니라 설치도 간편하기 때문에 본 고안에서 필터장치에 적합하다. 세라믹필터는 다공질의 분말을 성형하여 고온에서 소성시켜 만든 필터인데, 그 속에 활성탄 및 은 코팅을 한 성분을 추가하기도 하여 제조된다. 상기 세라믹 필터의 기공은 주로 0.1미크론에서 1미크론이고, 평균적으로 기공의 크기는 0.5미크론정도이므로 대장균까지 걸러 낼 수 있으며, 은 코팅 카본을 사용함으로 세균의 번식을 막고, 활동을 억제할 수 있다.

상기 필터장치(6)에 의하여 2차로 여과된 빗물은 유출관(7)을 통하여 저장탱크(11) 내부까지 연장되며, 상기 유출관(7)의 끝은 상기 저장탱크(11)의 바닥면으로부터 수면을 향하도록 상향 절곡된 U자형의 형태로 형성되어 있다. 이렇게 함으로써 유입수로 인한 저장탱크(11) 내부의 교란을 방지하여 저장탱크 바닥(12)에 침전된 이물질의 교란을 막고 유입 에너지를 분산시켜 조용히 빗물을 유입시키게 된다.

상기 저장탱크(11)의 내부에는 교란방지벽(15) 및 월류벽(16)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는데, 저장탱크 내부는 상기 교란방지벽(15) 및 월류벽(16)에 의하여 제1구역(21), 제2구역(22) 및 제3구역(23)으로 크게 3등분할 수 있다. 상기 제1구역(21) 및 제2구역(22) 하부에는 하부에 축적되는 이물질을 외부로 배출시키기 위한 이물질 배출구(24, 25)가 구비되어있다. 교란방지벽(15)을 기준으로 유출관(7)쪽이 제1구역(21)이고, 교란방지벽(15)과 월류벽(16) 사이가 제2구역(22)이며, 월류벽(16)을 기준으로 배출관(18)쪽이 제3구역(23)이다. 교란방지벽(15) 및 월류벽(16)은 저장탱크의 바닥면(12)과 옆면에는 탈부착이 가능한 형태로 부착되어 있으나, 지붕면(14)에는 부착되지 않고 일정한 간격을 두고 떨어져 있어 빗물이 이 간격을 통하여 이동할 수 있다. 이때 월류벽(16)의 바닥면으로부터의 높이가 교란방지벽(15)의 높이보다 낮은 것이 바람직하다. 이는 제2구역(22)에 저장되어 있던 빗물이 제1구역(21)으로 역류하지 않고 제3구역(23)으로 월류할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 저장탱크(11)에 있어서, 교란방지벽(15)은 유출관(7)으로부터 유입되는 유입수에 의하여 제1구역(21)의 저장탱크 바닥면(12)에 침전되어 있는 이물질들이 교란되더라도, 상기 배출관(18)에서 배출되는 배출수의 수질에 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 제1구역(21) 및 제2구역(22)으로 구분하는 것이다. 월류벽(16)은 제1구역(21)에서 제2구역(22)으로 이동한 빗물이 제2구역(22)에 일정기간 잔류하도록 제2구역(22)과 제3구역(23)을 구별하는 역할을 한다. 제2구역(22)에 잔류하는빗물은 저장탱크 바닥면(12)에 충전된 세라믹(13)에 의하여 각종 냄새와 세균발생 및 번식이 억제된다. 이를 위하여 제2구역(22)의 부피가 제1구역(21) 및 제3구역(23)에 비하여 큰 것이 바람직하다.

상기 저장탱크에 있어서, 제3구역(23)측의 저장탱크의 벽면에는 월류벽(16)보다 낮은 위치에 빗물이 월류할 수 있도록 월류관(17)이 설치된다. 상기 월류관(17)은 하수관(미도시)과 연결되어, 넘치는 빗물은 월류관(17)을 통하여 하수관으로 버려진다.

상기 저장탱크에 있어서, 제 3구역(23)측의 저장탱크의 벽면에는 배출관(18)이 설치된다. 상기 배출관(18)은 상기 월류관(17)보다 낮은 위치에 설치된다. 본 고안의 빗물집수 및 정화장치를 통하여 정화된 빗물은 상기 배출관(18)을 통하여 배출되어, 각종 용수로 이용될 수 있다.

한편, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 저장탱크(11)에는 저장된 빗물의 현재 수위 및 총 빗물저장량을 자동으로 측정할 수 있는 측정센서가 설치되어 있다.

상기 저장탱크(11)의 재질로는, 콘크리트, FRP(섬유강화플라스틱) 또는 강재 등 여러 가지가 사용될 수 있다. 콘크리트의 경우에는 현장타설 콘크리트 방식과 프리캐스트 콘크리트 방식 모두 사용 가능하다. 또한, 저장탱크(11)의 형태는 원형, 장방형, 실린더형 모두 가능하다.

본 고안에 의하면 건물의 옥상과 같은 집수면을 주기적으로 청소하지 아니하여도 낙엽 등과 같이 비교적 크기가 큰 오염물질에 의해 빗물을 집수하기 위한 홈통이 막혀 빗물의 집수가 원할하지 못하게 되는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 고안에 의하면 집수면에 모인 빗물에 포함된 오염물질을 크기에 따라 단계별로 정화할 수 있다.

또한, 본 고안은 강수량이 많은 우기에 저장탱크로 유입되는 빗물의 양이 빠르게 증가하더라도 저장탱크 바닥에 쌓이는 침전물이 빗물의 유입에 의하여 교란되지 않기 때문에 깨끗한 상태의 빗물을 각종 용수로 공급할 수 있으며, 유지 및 관리가 용이하다.

또한, 본 고안은 저장탱크 바닥에 세라믹이 충전되어 있기 때문에 저장탱크 내에서 빗물을 장기간 보관하더라도 스크린 여과기 및 필터장치에 의하여 여과된 빗물의 수질을 계속 유지시키거나 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 상부에 집수면(1)이 형성되어 있는 투수콘크리트층(8);

   한쪽 끝은 상기 투수 콘크리트층(8)의 하부면 전체를 덮고, 다른 한쪽은 집수관(3)으로 연결되어 있는 집수기(2);

   집수관(3)에 의해 상기 집수기(2)와 연결되어 있는 스크린 여과기(4);

   유입관(5)에 의해 상기 스크린 여과기(4)와 연결되어 있는 필터장치(6); 및,

   유출관(7)에 의해 상기 필터장치(6)와 연결되어 있고, 내부에 교란방지벽(15) 및 월류벽(16)이 설치되어 있으며, 바닥면(12)에 세라믹(13)이 충전되어 있고, 벽면에 배출관(18)이 설치되어 있는 저장탱크(11)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 빗물 집수 및 정화장치.
2. 제 1항에 있어서, 투수콘크리트층(8)은 공극률이 10~45%이고, 투수계수가 0.01~1cm/초인 투수콘크리트로 형성된 것을 특징으로 하는 빗물 집수 및 정화장치.
3. 제 1항에 있어서, 필터장치(6)가 활성탄 필터 또는 세라믹 필터인 것을 특징으로 하는 빗물 집수 및 정화장치.
4. 제 1항에 있어서, 교란방지벽(15)의 높이가 월류벽(16)의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 빗물 집수 및 정화장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 저장탱크는 내부의 교란방지벽(15) 및 월류벽(16)에 의해 제1구역(21), 제2구역(22) 및 제3구역(23)으로 구분되고, 제3구역(23)측의 저장탱크의 벽면의 월류벽(16)보다 낮은 위치에 빗물이 월류할 수 있도록 월류관(17)이 설치되어 있고, 상기 월류관(17)보다 낮은 위치에 상기 배출관(18)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 빗물 집수 및 정화장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제2구역(22)의 부피가 제1구역(21) 및 제3구역(23)의 부피보다 큰 것을 특징으로 하는 빗물 집수 및 정화장치.