KR20040003489A - 자연정화시설로 뻘이 유입되는 것을 예방하는 하천오염수의 수생식물 전처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템은 자연정화시설로 뻘이 유입되는 것을 예방하기 위하여 하천의 수중보 옆에 수생식물조(1)가 설치되고, 상기 수생식물조로 오염된 하천수가 유입되도록 수중보의 높이보다 낮은 높이를 갖는 물넘게둑(2)이 형성되고, 상기 수생식물조는 자갈층(52), 잔자갈층(53) 및 여과층(54)을 갖추고 그 여과층에 수초(20)가 식재되며, 그 하부에는 다수의 유입구멍(31)이 형성된 유공관(3)이 설치되고, 그 유공관에 연장되어 배출관(6)이 형성되는 것을 그 특징으로 한다.

Description

자연정화시설로 뻘이 유입되는 것을 예방하는 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템 {Pre-treatment System of Wastewater for Protecting Sludge Using Aquatic Plants}

발명의 분야

본 발명은 사계절 동안 수생식물을 이용하여 하천 오염수를 자연정화하기 위한 시스템에 뻘이 유입되는 것을 방지하기 위한 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 자연정화시설에서 오염된 하천수를 처리하는 경우, 강우시에는 황토물이 자연정화시설로 유입되어 이송관로, 맨홀, 또는 자연정화시설의 하부에 침적되는 토사나 뻘을 예방할 수 있도록 하천수를 전처리할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

발명의 배경

본 발명은 본 발명자에 의해 출원된 국내특허 제223,514호와 제232,361호 및 미국특허 제6,190,553 B1호의 일부를 개량하여 질소 및 인의 제거효과의 증진 및적용범위를 확장시키기 위하여 발명된 것이다. 상기 국내특허 및 미국특허에는 겨울철 수초생육을 위한 열에너지원으로 미생물의 산화열과 태양의 복사열 등을 이용하기 위하여 수생식물조 외곽에 찬공기를 차단해주는 온실을 설치하여야 한다. 그러나 대규모의 하수처리장, 강풍에 의한 바람피해 우려가 있는 해안 및 도서지역, 범람의 우려가 있는 하천변 등에 온실을 설치하는 것은 많은 비용이 들기도 하며 때로는 불가능한 일이기도 하다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명자는 온실 설치로 인한 비용부담 및 파손요인을 제거하고 겨울철에도 수초에 의한 자연정화가 가능하도록 특정한 내한성 수초를 모든 수생식물조에 식재하여 대규모의 하수처리장, 강풍에 의한 바람피해 우려가 있는 해안 및 도서지역, 범람의 우려가 있는 하천변 등에 설치하여 하수 또는 폐수를 자연정화할 수 있는 시스템을 개발하여 특허출원 제2001-43202호(2001. 7. 18 출원)로 이미 출원하였다.

그러나 상기 특허출원 제2001-43202호의 시스템을 하천에 설치하여 오염된 하천수를 처리하는 경우에, 강우시에는 황토물이 그 시스템의 입구로 유입되어 이송관로, 맨홀, 또는 자연정화시설의 하부에 토사나 뻘이 침적된다. 이 침적되는 토사나 뻘을 예방하기 위한 방법으로 스크린을 사용하거나 수문을 개폐하는 방법이 있지만, 이러한 방법만으로 침적되는 토사나 뻘을 적기에 예방하기는 어렵다.

따라서 본 발명자는 기존의 수중보 옆에 본 발명에 따른 수생식물 전처리 시스템을 설치하거나, 또는 수중보가 없는 경우에는 수중보를 시공하고 그 옆에 본 발명에 따른 수생식물 전처리 시스템을 설치하여 자연정화시설로 뻘이 유입되는 것을 예방할 수 있는 하천오염수의 수생식물 전처리 시스템을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 오염 하천수를 정화하기 위한 자연정화 시스템으로 황토물이 유입되어 이송관로, 맨홀, 또는 자연정화시설의 하부에 토사나 뻘이 침적되는 것을 예방할 수 있는 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 자연정화시설의 하부에 토사나 뻘이 침적되는 것을 예방하면서 동시에 수생식물조를 통과하면서 하천 오염수를 일차적으로 정화할 수 있는 수생식물 전처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수생식물조의 관리를 더욱 용이하게 할 수 있는 사계절동안 수초를 이용한 수생식물 전처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수생식물조 상부에 침적되는 침적물질을 용이하게 배출(drain)시킬 수 있는 수생식물 전처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

도1은 수중보가 설치되어 수위를 조절할 수 있는 일반적인 하천의 개략적인 단면도이다.

도2는 수중보가 설치된 하천의 한 측부에 본 발명에 따른 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템이 설치된 개략적인 평면도이다.

도3은 도2에서의 하천 흐름 방향으로의 개략적인 단면도이다.

도4는 본 발명에 따른 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템의 개략적인 종단면도이다.

도5는 본 발명의 시스템의 수생식물조의 상부면에 시공되는 다공판의 개략적인 평면도이다.

* 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 *

1 : 수생식물조2 : 물넘게벽 (웨어: weir)

3 : 유공관5 : 역세용수 유입관

6 : 배출관20 : 수초

52 : 자갈층 (지지층)53 : 잔자갈층 (사리층)

54 : 여과층31 : 유입구멍

80 : 다공판81 : 구멍

발명의 요약

본 발명에 따른 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템은 자연정화시설로 뻘이 유입되는 것을 예방하기 위하여 하천의 수중보 옆에 수생식물조(1)가 설치되고, 상기 수생식물조로 오염된 하천수가 유입되도록 수중보의 높이보다 낮은 높이를 갖는 물넘게둑(2)이 형성되고, 상기 수생식물조는 자갈층(52), 잔자갈층(53) 및 여과층(54)을 갖추고 그 여과층에 수초(20)가 식재되며, 그 하부에는 다수의 유입구멍(31)이 형성된 유공관(3)이 설치되고, 그 유공관에 연장되어 배출관(6)이 형성되는 것을 그 특징으로 한다.

배출관을 통하여 배출된 물은 자연정화 시스템으로 유입되어 최종적으로 정화된다. 자연정화 시스템의 예는 특허출원 제2001-43202호에 상세히 설명되어 있다.

수생식물조(1)에는 동절기용으로 내한성수초를 식재하고 하절기용으로 온난성수초를 식재하여 온실을 설치하지 않고서도 사계절동안 수초를 이용하여 오염된 하천수를 전처리할 수 있다.

상기 각각의 수생식물조의 여과층 상부에는 일정 간격으로 다수의 구멍(81)이 형성된 다공판(80)을 설치할 수도 있고, 이 경우에는 그 구멍에 수초(20)를 식재한다.

본 발명의 시스템에서 수생식물조의 상부에 침적되는 뻘은 역세용수 유입관(5)을 통하여 물을 역류시키면서 흡입펌프를 사용하여 제거한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

도1은 수중보가 설치되어 수위를 조절할 수 있는 일반적인 하천의 개략적인 단면도이고, 도2는 수중보가 설치된 하천의 한 측부에 본 발명에 따른 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템이 설치된 개략적인 평면도이다.

본 발명에 따른 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템은 자연정화시설로 뻘이 유입되는 것을 예방하기 위하여 하천의 수중보 옆에 설치된다. 수중보가 이미 설치되어 있는 경우에는 기존의 수중보 옆에 본 발명에 따른 수생식물 전처리 시스템을 설치하고, 수중보가 없는 경우에는 수중보를 시공하고 그 옆에 본 발명에 따른 수생식물 전처리 시스템을 설치하여 자연정화시설로 뻘이 유입되는 것을 예방할 수 있다.

특허출원 제2001-43202호의 시스템을 하천에 설치하여 오염된 하천수를 처리하는 경우에, 강우시에는 황토물이 그 시스템의 입구로 유입되어 이송관로, 맨홀, 또는 자연정화시설의 하부에 토사나 뻘이 침적된다. 이 침적되는 토사나 뻘을 예방하기 위한 방법으로 스크린을 사용하거나 수문을 개폐하는 방법이 있지만, 이러한 방법만으로 침적되는 토사나 뻘을 예방하기는 어렵다.

도2에서는 수중보가 설치된 하천의 한 측부에 본 발명에 따른 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템이 설치되어 있지만, 하천의 양쪽에 설치될 수도 있다.

도3은 도2에서의 하천 흐름 방향으로의 개략적인 종단면도이고, 도4는 본 발명에 따른 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템의 개략적인 횡단면도이다.

본 발명에 따른 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템은 자연정화시설로 뻘이 유입되는 것을 예방하기 위하여 하천의 수중보 옆에 수생식물조(1)가 설치되고, 상기 수생식물조로 오염된 하천수가 유입되도록 수중보의 높이보다 낮은 높이를 갖는 물넘게둑(2)이 형성된다. 수중보에 의하여 수위가 조절된 하천수는 수중보의 높이보다 낮은 물넘게둑(2)을 통하여 수생식물조(1)로 유입된다. 물넘게둑은 수중보보다 일반적으로 5∼20 cm 정도 낮은 높이로 형성되는 것이 바람직하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 하천의 유량에 따라 적절히 변경될 수 있다.

상기 수생식물조는 자갈층(52), 잔자갈층(53) 및 여과층(54)을 갖추고 그 여과층에 수초(20)가 식재되며, 그 하부에는 다수의 배출구멍(31)이 형성된 유공관(3)이 설치되고, 그 유공관에 연장되어 배출관(6)이 형성된다. 물넘게둑을 넘어 수생식물조로 유입된 오염수는 수초류, 여과층, 잔자갈층 및 자갈층을 거치면서 아래쪽으로 흘러 유공관으로 모아지고 배출관(6)을 통하여 자연정화시설로 유입된다. 지지층은 공극기 큰 굵은 자갈로 이루어진 자갈층이다. 지지층 상부에는 사리층(53)이 형성되는데 사리층은 작은 자갈과 굵은 모래로 이루어진 층이고 그 사리층 상부에는 여과층(54)이 형성되는데 그 여과층은 가는 모래로 이루어진 층이다. 배출관을 통하여 배출된 물은 자연정화 시스템으로 유입되어 최종적으로 정화된다. 자연정화 시스템의 예는 특허출원 제2001-43202호에 상세히 설명되어 있다. 즉 오염된 하천수가 자연정화시설로 유입되기 전에 본 발명에 따른 수생식물 전처리 시스템에서 전처리됨으로써 자연정화시설로 뻘이 유입되는 것을 예방하고 수생식물조(1)에서 1차 정화되는 효과를 갖는다.

상기 각각의 수생식물조(1)의 여과층 상부에는 일정 간격으로 다수의구멍(81)이 형성된 다공판(80)을 설치할 수도 있고, 이 경우에는 그 구멍에 수초(20)를 식재한다. 도5는 본 발명의 시스템의 수생식물조의 상부면에 시공되는 다공판의 개략적인 평면도이다.

다공판(80)의 소재는 물보다 비중이 무거운 소재로 하며 바람직하게는 3 ㎜ 에서 10 ㎜내외의 고무판이나 프라스틱 소재가 적합하다. 다공판의 구멍과 구멍의 간격은 식재수초의 줄기와 잎이 퍼지는 면적을 고려하여 대략 2.5 ㎝ 에서 10 ㎝ 범위가 적당하며, 각 구멍(81)의 직경은 식재수초의 줄기의 굵기와 번식수량을 고려하여 대략 1 ㎝ 에서 5 ㎝ 범위로 하는 것이 적합하다.

이 외에도 단위면적당 처리수의 양에 따른 각 구멍을 통과하는 처리수가 초당 1 ㎜ 에서 5 ㎜ 범위에서 흐르도록 구멍의 직경과 수량을 고려하여 유속이 너무 빨라 뻘이 여과층에 침투되지 않도록 한다. 구멍크기를 너무 크게 하면 뻘제거 작업시 여과층의 모래가 함께 흡입유실되므로 구멍의 직경이 5 ㎝를 넘지 않는 것이 바람직하다.

수생식물조에는 동절기용으로 내한성수초를 식재하고 하절기용으로 온난성수초를 식재하여 온실을 설치하지 않고서도 사계절동안 수초를 이용하여 오염된 하천수를 전처리할 수 있다. 말즘과 같은 내저온성 수초류와 미나리, 꽃창포, 마름, 여뀌 등과 같은 정수식물인 하절기용 수초류를 식재하여 계절에 따라 교대서식하도록 수초층을 구성한다. 이들 수초는 다공판의 구멍에 다수의 줄기 및 뿌리를 두어 뻘 등의 침적은 어렵게 하고 물은 통과되게 하는 역할을 한다. 또한 이들 수초는 광합성에 의한 산소를 뿌리를 통하여 여과층 및 자갈층에 공급함으로써 호기성 상태를유지하여 여과층이 혐기화되는 것을 예방하고, 정화처리 초기부터 자연정화를 하는 역할을 하게 된다.

본 발명의 시스템에서 수생식물조의 상부에 침적되는 뻘은 역세용수 유입관(5)을 통하여 물을 역류시키면서 흡입펌프를 사용하여 제거한다. 다공판 위에 침적된 뻘은 하부의 것보다 제거하기가 용이하다. 강우가 끝난 후, 하천수에 흙탕물이 맑은 물로 변하여 흐를 때, 수문과 배출관(6)의 밸브를 닫고 역세용수 유입관(5)을 열면 물이 상향류로 흐르게 되어 다공판의 구멍 부위에 침적된 뻘을 다공판 위로 이동시키는데, 이 때 흡입펌프(도시되지 않음)에 연결된 흡입관(도시되지 않음)으로 뻘을 흡입하면 복구 작업이 보다 용이하고 본 발명의 수생식물조는 다시 정상으로 운영된다.

본 발명은 오염 하천수를 정화하기 위한 자연정화 시스템으로 황토물이 유입되어 이송관로, 맨홀, 또는 자연정화시설의 하부에 토사나 뻘이 침적되는 것을 예방할 수 있고, 수생식물조(1)를 통과하면서 하천 오염수를 일차적으로 정화할 수 있는 수생식물 전처리 시스템을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (6)

1. 자연정화시설로 뻘이 유입되는 것을 예방하기 위하여 하천의 수중보 옆에 수생식물조(1)가 설치되고, 상기 수생식물조로 오염된 하천수가 유입되도록 수중보의 높이보다 낮은 높이를 갖는 물넘게둑(2)이 형성되고, 상기 수생식물조는 자갈층(52), 잔자갈층(53) 및 여과층(54)을 갖추고 그 여과층에 수초(20)가 식재되며, 그 하부에는 다수의 배출구멍(31)이 형성된 유공관(3)이 설치되고, 그 유공관에 연장되어 배출관(6)이 형성되는 것을 특징으로 하는 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 수생식물조의 여과층 상부에 설치되고, 일정 간격으로 다수의 구멍(81)이 형성되고, 그 구멍에는 수초(20)가 식재되는 다공판(80)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 물넘게둑은 수중보보다 일반적으로 5∼20 cm 정도 낮은 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 수초는 동절기용으로 내한성수초를 식재하고 하절기용으로 온난성수초를 식재하여 온실을 설치하지 않고서도 사계절동안 수초를 이용하는 것을 특징으로 하는 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 처리원수는 수초층, 여과층, 잔자갈층, 자갈층을 거쳐 하향류로 이동하며, 여과되어진 다음 유공관으로 유입되어 배출관을 통하여 흐르는 것을 특징으로 하는 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 수생식물조의 상부에 침적되는 뻘은 역세용수 유입관(5)을 통하여 물을 역류시키면서 흡입펌프를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 하천 오염수의 수생식물 전처리 시스템.