KR20040027651A - 친환경적인 자연여과식 하천정화시설 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천이나 샛강과 같은 지류에 설치되는 정화시설에 관한 것으로, 특히 상부에 각기 다른 높이의 차단벽이 이격 형성되어 지체수로를 형성한 물막이보와, 전기한 물막이보의 하부 일측으로 돌출된 다수의 다공관과, 전기한 다공관으로부터 분기되어 전기한 지체수로를 향하는 이송관 및 물막이보의 하측으로 직접 배출되게 하는 점검관을 각각 형성하여, 상기한 다공관의 표면에는 부직포를 감싸 그 상부에 여과사를 덮고, 물막이보의 후측 경사면에는 다수의 돌기를 형성하며, 물막이보의 후단에는 유속완충부 및 유속완충석을 각각 형성하여,

여과사에 의한 일차정화 및 경사상 차단벽에 의한 오염물의 분해작용 촉진은 물론 식재된 수생식물에 의한 자정 및 오염물 분해작용을 유도하므로 자정능력이 매우 뛰어나면서도 수생식물 및 여과사, 여과석을 이용하므로 환경 친화적인 측면에서 저비용 고효율의 정화효율을 볼 수 있으면서도, 지속적인 오염물의 분해 및 여과가 이루어지는 반면, 그에 따른 유지 및 관리가 전혀 필요없으므로 그 효율이 매우 뛰어나면서도 자정기능이 탁월한 친환경적인 자연여과식 하천정화시설에 대한 것이다.

Description

친환경적인 자연여과식 하천정화시설 {Environment-friendly river-purifying facility adopting natural filteration system}

본 발명은 하천이나 샛강과 같은 지류에 설치되는 정화시설에 관한 것으로, 특히 다단계의 여과과정 및 분해과정을 거쳐 하천수 및 호소수의 자연정화를 촉진하면서도 자정능력을 배가시켜 수질 및 수생환경을 개선시키는 친환경적인 자연여과식 하천정화시설에 대한 것이다.

문명이 발달함에 따라 인간에 의해 배출되는 각종 오염물이 증가하게 되고, 도시와 인접한 하천 및 호소수 주변의 비점(오염원이 유입할때 확인할 수 없는 것) 오염원이나 유기성 이물질에 의해 오염되고 탁도가 매우 높음은 물론 하천의 수질 등급이 지속적으로 떨어지고 있는 실정이다.

이러한 오염 하천수 및 호소수가 흐르면서 수질이 급격히 악화됨은 물론 수생환경을 파괴하고 있으나, 이들의 자정작용을 돕는 물막이 시설을 난개발에 의해 모두 없애버리므로 물의 흐름 기능만 좋게 할 뿐 하천내 저서생물은 모두 사라지고 하천의 자정능력은 크게 떨어지고 있는 추세이다.

하천은 물이 있어야 수생식물이 살 수 있고 수생식물이 많아야 자정작용을 할 수 있으므로 수생식물은 자정환경의 기초가 되는 것이다.

고인물은 썩는다는 근시안적 발상과 무차별 개발에 의해 무책임하게 하류로만 흘려보내는 개발정책에서 탈피하고, 고인물은 썩는게 아니라 정화되는 과정상 유기물의 오염원과 그 호기계분해자의 비율이 깨질때 산소부족으로 인해 원활한 분해가 이루어지지 않아 정화계통이 바뀌면서 썩는 것이라는 정화이론을 인지할때 비로소 자정능력을 갖춘 하천이 조성될 것이다.

하천이나 호수에 유기물이 외부로부터 유입되거나 오염되면 이를 정화하기 위한 인위적인 방법은 많은 비용과 시간 및 경제적인 측면을 요구하므로 하천수계별 자연정화 능력을 최대한 발휘시켜야 수생식물의 보존은 물론 보다 친환경적인 수질개선이 이루어지는 것이며, 특히 오염인자와 정화인자의 비율을 적절하게 조성할 때 그 효과는 배가되는 것이다.

일반적으로 과거에는 농업용수의 확보 차원에서 하천이나 샛강과 같은 지류에 많은 물막이 시설이 있었으며, 전기한 물막이 시설은 단순히 돌을 쌓아 만든것이 대부분이므로 하류로 유수되는 물이 많았다.

그러나, 상기한 바와 같은 돌에 의한 물막이 시설은 유수과정중에 상측의 모래, 자갈 등의 투수층에서 탁도나 오염수가 여과되어 하류로 방류되므로 자연적 여과기능을 수행하게 되므로 그 물막이 시설이 많을 수록 자정능력이 뛰어났으며, 이러한 물막이 시설을 갖는 지류의 상류는 풍부한 수자원과 다양한 종류의 물고기 및 수생식물이 서식하고 있어 스스로의 자연정화능력이 매우 뛰어났었다.

반면에, 근대와 같이 물막이 시설이 없이 단순히 물의 흐름만 강조한 하천에서는 자정기능이 현저히 저하되어 하천에 특별한 오염원이 없다 하더라도 탁도가 높고 수생환경이 파괴됨은 물론 물고기 및 수생식물의 종류 및 수가 급격히 감소하고 있는 추세이며, 자정능력을 갖지 못하므로 하천의 오염원이 유입될시 분해 정화기간이 길고, 하류로 신속히 유입되어 하상 전체의 오염도를 증가시키는 또 다른 형태라고 볼 수 있는 것이다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점에 착안하여 특허등록 제171912호와 같이, 하천에 이격된 두개의 차단벽을 설치하여 물의 흐름을 방해하는 대신, 전측의 차단벽 하측에는 다수의 다공관을 그 단부가 상류를 향하도록 매설하여 다공관을 통해 유입된 하천수가 이격된 차단벽의 사이로 유입되어 후측 차단벽을 넘어 방류되게 하되,

상기한 다공관의 상부에는 자갈층과 목탄층을 형성하여, 상기 자갈층 및 목탄층에 의해 일차 정화된 하천수가 다공관을 통해 하류로 방류되게 함으로서, 자갈층 및 목탄층에 의한 여과 및 유기질의 분해작용을 촉진하여 자정작용을 배가시켜 수질 및 수생환경이 개선되게 한 하천정화장치가 제안된 바 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 하천정화장치는 단순히 자갈층 및 목탄층에 의한 여과작용만을 기대할 수 있으므로 오염물의 누적에 따른 여과작용의 저하는 물론 용존산소 증대기능이 없어 분해되지 않는 침전물에 의한 목탄층의 흡착력 충만 효율저하 등의 문제점에 의해 그 자정기능이 크게 향상되지 않는 문제점이 있는 것이며, 침전되거나 누적되는 오염물은 자갈층이나 목탄층의 여과통로를 메우는 작용을 하게 되므로 점차 그 여과효율이 저하되는 것이며, 설치 후 일정기간이 경과된 후에는 이물질에 의한 여과통로의 메움현상이 발생하여 그 여과작용을 전혀 수행하지 못하게 되는 것이다.

특히, 장마철이나 농번기와 같이 하천의 방류량이 급격히 증가할때에는 하천수의 탁도가 매우 높아 지므로 이러한 혼탁물에 의해 다공관의 입구를 막아버리게 되므로 입구가 막힌 다공관을 통해 배수되지 못하는 하천수는 전혀 정화작용을 하지 못하게 되는 것이며, 다공관의 정상적이거나 비정상적인 상태를 가늠할 수 없어 한번 설치된 정화장치는 유지 및 관리가 거의 불가능하여 어느정도의 시일이 경과하게 되면 단순히 물막이 기능만을 수행하므로 여과기능을 전혀 하지 못하게 되는 비효율적인 문제점이 있는 것이다.

특히, 상기한 바와 같이 다공관에 의한 여과층을 통과하지 아니하고 단순히 물막이 시설로 활용될 경우에는 정화기능이 상실되고, 오히려 물가둠에 의한 용존산소 결핍으로 오염인자의 토출부패 및 자정 중단 기능을 가속시키는 심각한 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 제거코자 안출된 것으로서, 상부에 각기 다른 높이의 차단벽이 이격 형성되어 지체수로를 형성한 물막이보와, 전기한 물막이보의 하부 일측으로 돌출된 다수의 다공관과, 전기한 다공관으로부터 분기되어 전기한 지체수로를 향하는 이송관 및 물막이보의 하측으로 직접 배출되게 하는 점검관을 각각 형성하여, 상기한 다공관의 표면에는 부직포를 감싸 그 상부에 여과사를 덮고, 물막이보의 후측 경사면에는 다수의 돌기를 형성하며, 물막이보의 후단에는 유속완충부 및 유속완충석을 각각 형성하여,

여과사에 의한 일차정화 및 경사상 차단벽에 의한 공기접촉으로 용존산소증대 오염물의 분해작용 촉진은 물론 식재된 수생식물에 의한 자정 및 오염물 분해작용을 유도하므로 자정능력이 매우 뛰어나면서도 수생식물 및 여과사, 여과석을 이용하므로 환경 친화적인 측면에서 저비용 고효율의 정화효율을 볼 수 있으면서도, 지속적인 오염물의 분해 및 여과가 이루어지는 반면, 그에 따른 유지 및 관리가 전혀 필요없으므로 그 효율이 매우 뛰어나면서도 자정기능이 탁월한 친환경적인 자연여과식 하천정화시설을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명 하천정화시설의 평면설치도

도 2는 본 발명 하천정화시설의 측단면설치도

도 3은 본 발명 하천정화시설의 배관 평면도

도 4는 본 발명 하천정화시설의 배관 요부확대사시도

도 5는 본 발명 하천정화시설의 물흐름을 도시한 상세도

도 6은 본 발명 하천정화시설의 실시예도

도 7은 본 발명 하천정화시설의 타실시예도

도 8은 도7의 하천정화시설의 측단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 막음벽2 : 넘침벽

3 : 지체수로4,4' : 돌출턱

5 : 경사면6 : 완충보

10 : 물막이보11,11' : 유입공

12,12' : 다공관13 : 유수관

14 : 점검관15 : 여과층

16 : 완충부17 : 필터층

18 : 개폐밸브

20 : 순환펌프21 : 리턴관

22,22' : 디딤돌

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명 하천정화시설의 평면설치도이고, 도 2는 본 발명 하천정화시설의 측단면설치도이며, 도 3은 본 발명 하천정화시설의 배관 평면도, 도 4는 본발명 하천정화시설의 배관 요부확대사시도이다.

상부의 막음벽(1)과 그 후측에 보다 낮은 높이의 넘침벽(2)이 이격 형성되고, 막음벽(1)과 넘침벽(2)의 사이에 지체수로(3)가 형성되며, 넘침벽(2)의 후측에는 반복 교차상의 돌출턱(4)(4')이 형성된 경사면(5)이 형성되며, 경사면(5)의 하단에는 상향 융출상의 완충보(6)가 형성된 물막이보(10)를 하천(100)에 설치하고,

유입공(11)(11')이 방사상으로 연속 형성된 다공관(12)(12')의 단부가 물막이보(10)의 하부 일측으로 매설되고, 그 다공관(12)(12')으로부터 분기된 유수관(13) 및 개폐밸브(18)를 갖는 점검관(14)을 각각 지체수로(3)와 경사면(5)의 단부로 노출되게 연결하되,

상기한 다공관(12)(12')의 상부에는 여과사에 의한 여과층(15)을 형성하고, 완충보(6)의 일측에는 완충석에 의한 완충부(16)를 형성하며, 하천(100)의 사면(101)에는 복토층(102)을 형성하여 이에 수생식물(103)을 식재함으로서,

상류로부터 유입되는 하천수 및 호소수가 여과층(15)을 통과하여 지체수로(3)를 경유 경사면(5)의 돌출턱(4)(4')에 의해 용존산소량을 증대시킨 후 완충부(16)를 통해 하류로 방류되는 것이다.

이때, 상기한 수생식물(103)은 그 뿌리가 하천(100)의 사면(101) 및 여과층(15)으로 번져 각종 유기물을 흡수하여 분해하는 작용을 하게 되는 것이다.

또한, 상기한 다공관(12)(12')의 주면에는 부직포에 의한 필터층(17)을 형성하여 이물질에 의해 유입공(11)(11')이 막히는 것을 방지하게 되는 것이며,

상기한 정화시설을 호수의 임의 일측에 설치하고 별도의 순환펌프(20) 및 리턴관(21)에 의해 정화된 호소수가 호수내로 재유입되게 하여 항상 맑은 상태의 호소수가 유지되게 할 수도 있는 것이다.

또한, 상기한 막음벽(1)과 넘침벽(2)의 상부면에는 일정간격의 디딤돌(22)(22')을 형성하여 이에 의해 하천을 자유롭게 왕래할 수 있는 징검다리로 사용할 수도 있는 것이다.

이상과 같은 본 발명 하천 정화시설의 작용을 첨부도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 하천정화시설은 자연의 친환경소재를 이용하여 하천수 및 호소수의 자정능력을 배가시키면서도 정화시설 자체의 자정효과에 의한 유기물의 분해작용은 물론 정화시설을 이용한 징검다리의 역할을 동시에 수행하므로 보다 환경 친화적이라 할 수 있는 것이다.

즉, 하천과 같은 지류에 본 발명 정화시설을 설치하게 되면 우선 물막이보(10)에 의해 물가둠 작용이 일어나는 것이며, 물막이보(10)에 의해 가두어진 하천수 또는 호소수는 도 5의 도시와 같이 물막이보(10) 하측에 형성된 다수의 다공관(12)(12')을 통해 유입되는 것이다.

이때, 다공관(12)(12')의 전면에는 유입공(11)(11')이 형성되어 있어 상기한 유입공(11)(11')을 통해 하천수 또는 호소수가 유입되는 것이며, 이러한 유입과정전에 그 다공관(12)(12')의 상측에 형성된 여과층(15)은 하천주변에 흔히 있는 모래나 자갈 등을 혼합하여 형성된 것으로, 각종 유기 이물질을 걸러내는 역할을 하게 되는 것이다.

또한, 상기한 다공관(12)(12')으로 유입되는 하천수 또는 호소수는 그 물막이보(10)에 의한 물가둠 작용이 일정수위에 이르기까지는 진행되지 않다가 하천수 또는 호소수가 물막이보(10)에 의해 일정수위까지 높아지면 수압에 의해 자연스럽게 다공관(12)(12')으로 물이 유입되어 다공관(12)(12')에 연결된 유수관(13)을 통해 상부의 지체수로(3)로 배출되는 것이다.

이때, 상기한 지체수로(3)는 유수관(13)의 단부로부터 낙하하는 하천수 또는 호소수가 지체수로(3)를 가득 채운 후에는 넘침벽(2)을 지나 후측의 경사면(5)을 따라 흐르게 되는 것이다.

또한, 상기한 경사면(5)에는 인공성형되거나 자연석을 매입하여 된 돌출턱(4)(4')이 전면에 형성되어 있으므로, 경사면을 따라 흐르는 하천수 또는 호소수는 그 돌출턱(4)(4')과 부딪치며 잘게 부서지는 작용을 하게 되므로 하천수 또는 호소수 내의 용존산소량이 극대화되면서 용존산소에 의한 유기물의 분해작용이 극대화되는 것이다.

이렇게 경사면(5)을 따라 급격하게 흐르는 하천수 또는 호소수는 경사면(5) 하단에 형성된 상향 경사면인 완충보(6)에 의해 유속이 감소되므로 급격한 유속을 갖는 하천수 및 호소수에 의해 하천바닥이 패이는 것을 방지하게 되는 것이며,

완충보(6)에 의해 감속된 하천수 또는 호소수는 다시 그 단부의 완충부(16)에 의해 포말상으로 잘게 부숴지면서 하류로 방류되는 것인데, 상기한 완충부(16)는 보다 큰 자갈이나 돌을 일정폭으로 적층하여 형성하면 되는 것이다.

또한, 상기한 바와 같이 여과층(15)에 의해 각종 유기물이 걸러지면 상기한 유기물은 그 여과층(15)에 퇴적되면서 여과효율을 저하시키게 되는데, 이러한 유기물은 하천수내에 풍부한 용존산소에 의해 원활한 분해 작용과 하천(100) 사면(101)의 복토층(102)에 식재된 수생식물(103)의 뿌리가 번성하여 그 여과층(15)까지 뻗어나가 상기한 수생식물(103)의 뿌리에 의해 각종 잔여 유기물은 최종 흡수 분해하게 되므로 상기한 여과층(15)은 항상 호기계 유기물 분해 상태를 순환 유지할 수 있게 되는 것이며,

다공관(12)(12')의 배출측에 연결된 점검관(14)은 다공관(12)(12')과 직렬연결되어 있어, 일정주기마다 상기한 개폐밸브(18)를 열어 그 다공관(12)(12')의 유입공(11)(11')의 이상유무를 확인할 수도 있는 것인데, 그 개폐밸브(18)를 열었을때 하천수 또는 호소수가 원활하게 배출되지 아니하면 다공관(12)(12')내에 침적토가 쌓일시 이를 보수해 주거나 청소해주면 되는 것으로, 정화시설의 유지, 보수가 가능하므로 지속적이고 안정적인 정화능력을 갖게 되는 것이다.

특히, 상기한 바와 같이 다공관(12)(12')이 막혀 그 정화기능이 저하되는 것을 방지하기 위해, 상기한 다공관(12)(12')의 외주면에 부직포에 의한 필터층(17)을 형성함으로서, 여과층(15)으로부터 발생하는 자갈이나 모래 등이 그 유입공(11)(11')을 막는 것을 방지하면서도 하천수 또는 호소수의 유입은 가능케 함으로서, 보다 여과효율을 향상시키면서도 다공관(12)(12')의 막힘에 의해 하천수 또는 호소수가 정화되지 아니하고 막음벽(1)의 상부로 넘쳐 하류로 방류되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 도 6의 도시와 같이 도시와 인접한 하천의 상태 하천 조성이나, 오염 하천 정화의 경우 일정구간마다 본 발명 정화시설을 설치하여 하천의 수질을 개선하면서도 자정능력을 배가시켜 수생환경을 쾌적하게 조성함은 물론 상기한 물막이보(10)의 막음벽(1)과 넘침벽(2)의 상부면에 연속된 다수의 디딤돌(22)(22')을 형성하여 이에 의해 하천을 건너다닐 수 있는 징검다리의 역할을 동시에 수행할 수도 있는 것이다.

또한, 농촌지역과 인접한 하천의 경우 일정구간마다 본 발명 정화시설을 설치하게 되면 하천의 수질 및 수생환경을 개선하면서도 물막음 효과에 의해 농업용수 및 축산용수 등을 용이하게 사용할 수 있게 되는 것이다.

특히, 본 발명 정화시설을 도 7 내지 8도에 도시와 같이, 호수의 임의 일측에 설치하는 경우에도 호소수의 수질 및 수생환경을 개선하게 되는 효과가 있는 것이며, 도 8의 도시와 같이 배수 하류측에 별도의 순환펌프(20)를 형성하여 정화된 하천수 또는 호수소를 리턴관(21)에 의해 상류측으로 재유입시켜 호소수가 항상 맑은 상태로 정화되게 유지할 수 있는 것이다.

이상과 같은 본 발명 친환경적인 자연여과식 하천정화시설은, 여과사에 의한 일차정화 및 경사상 차단벽에 의한 오염물의 분해작용 촉진은 물론 식재된 수생식물에 의한 자정 및 오염물 분해작용을 유도하므로 자정능력이 매우 뛰어나면서도 수생식물 및 여과사, 여과석을 이용하므로 환경 친화적인 측면에서 저비용 고효율의 정화효율을 볼 수 있으면서도, 지속적인 오염물의 분해 및 여과가 이루어지는 반면, 그에 따른 유지 및 관리가 전혀 필요없으므로 그 효율이 매우 뛰어나면서도 자정기능이 탁월한 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 상부의 막음벽(1)과 그 후측에 보다 낮은 높이의 넘침벽(2)이 이격 형성되고, 막음벽(1)과 넘침벽(2)의 사이에 지체수로(3)가 형성되며, 넘침벽(2)의 후측에는 반복 교차상의 돌출턱(4)(4')이 형성된 경사면(5)이 형성되며, 경사면(5)의 하단에는 상향 융출상의 완충보(6)가 형성된 물막이보(10)를 하천(100)에 설치하고,

   유입공(11)(11')이 방사상으로 연속 형성된 다공관(12)(12')의 단부가 물막이보(10)의 하부 일측으로 매설되고, 그 다공관(12)(12')으로부터 분기된 유수관(13) 및 개폐밸브(18)를 갖는 점검관(14)을 각각 지체수로(3)와 경사면(5)의 단부로 노출되게 연결하되,

   상기한 다공관(12)(12')의 상부에는 여과사에 의한 여과층(15)을 형성하고, 완충보(6)의 일측에는 완충석에 의한 완충부(16)를 형성하며, 하천(100)의 사면(101)에는 복토층(102)을 형성하여 이에 수생식물(103)을 식재함을 특징으로 하는 친환경적인 자연여과식 하천정화시설.
2. 제 1항에 있어서,

   다공관(12)(12')의 주면에는 부직포에 의한 필터층(17)을 형성함을 특징으로 하는 친환경적인 자연여과식 하천정화시설.
3. 제 1항에 있어서,

   물막이보(10)의 하류측에 리턴관(21)을 갖는 순환펌프(20)를 설치하여 이에 의해 정화된 물이 상류로 재유입되게 함을 특징으로 하는 친환경적인 자연여과식 하천정화시설.
4. 제 1항에 있어서,

   막음벽(1)과 넘침벽(2)의 상부면에는 일정간격의 디딤돌(22)(22')을 형성하여 이에 의해 하천을 자유롭게 왕래할 수 있는 징검다리로 사용할 수 있게 함을 특징으로 하는 친환경적인 자연여과식 하천정화시설.