KR20040101903A - 수처리 기능형 집수 및 저류 장치 - Google Patents

수처리 기능형 집수 및 저류 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수처리 기능형 집수 및 저류 장치에 관한 것으로서, 투수성 포장 재료로 이루어지고, 지표면 상의 우수 등의 물이 침투 가능한 포장면; 상기 포장면을 통해 침투된 물에 함유되어 있는 오염 물질의 제거를 위해, 상기 포장면의 하단에 구비된 여재층; 상기 포장면 및 여재층을 통과한 물에 함유되어 있는 부유 물질, 미량의 오염 물질 등의 통과를 저지하기 위해, 상기 여재층의 하단에 구비된 스크린층; 상기 포장면, 여재층 및 스크린층을 통과한 물의 저장을 위해, 상기 스크린층의 하단에 구비된 저류조; 및 상기 저류조에서의 물의 월류를 방지하고 물을 지하로 침투시키기 위해, 상기 저류조와 연결되어 설치된 침투 설비;를 포함하는 수처리 기능형 집수 및 저류 장치를 제공한다. 본 발명의 수처리 기능형 집수 및 저류 장치에 의하면, 호우시 우수의 유출이 억제되어 홍수 및 침수의 피해가 감소되고, 정화된 물을 지하로 침투시키므로 또다른 오염이 야기될 우려가 없으며, 정화되어 저장된 물은 필요시에 조경 용수, 소방 용수 등으로 유용하게 활용될 수 있다.

Description

수처리 기능형 집수 및 저류 장치{APPARATUS FOR COLLECTION AND DETENTION OF WATER HAVING FUNCTION OF WATER TREATMENT}
본 발명은 수처리 기능을 갖는 집수 및 저류 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 지표면을 투수성이 있는 포장 재료로 도포하여 상기 투수성이 있는 포장 재료를 통해 우수 등의 물을 집수하고, 집수된 물을 정화한 후 지하에 저류하여 침투시키거나, 필요에 따라 재활용할 수 있도록 구성한 수처리 기능을 갖는 집수 및 저류 장치에 관한 것이다.
우수의 이용은 치수의 측면에서 홍수의 방지나 비상시 필요한 용수의 비축 및 활용에 효과적이지만, 도시 개발 사업의 진행에 따른 아스팔트, 콘크리트 등의 불투수면의 급격한 증가에 의해 종래에는 우수의 적극적인 이용 방안이 마련되지 못하였다. 불투수면을 통과하지 못한 우수는 호우 시에 홍수의 원인이 될 뿐만 아니라, 노면에 축적된 오염 물질을 직접적으로 유출시킴으로써, 오염을 더욱 가중시키는 문제를 야기하였다. 최근에는 이러한 우수의 유출을 제어하고자, 도로나 주차장 등의 지표면을 콘크리트, 아스팔트 등의 불투수성 포장 재료 대신 투수성 포장 재료로 도포함으로써, 우수 등의 지표면 상의 물을 지하에 직접적으로 침투시키고자 하는 연구가 계속되었다. 예를 들면, 대한민국 실용신안 등록 제324263호 공보 및 대한민국 실용신안 등록 제 320577호 공보에는, 낙엽 및 쓰레기 등의 노면의 오염 물질의 침투는 차단하면서 우수 등의 물을 지하로 침투시키기 위한, 스크린층을 갖춘 투수성 포장 재료로서의 배수 블록 및 스크린층을 갖춘 배수 장치가 각각 개시되어 있다.
그러나, 일반적으로 지표면 상에는 상기 언급한 낙엽, 쓰레기 뿐만 아니라, 자동차, 특히 디젤 엔진 자동차의 주행에 의해 배출되는 배기 가스에 포함되어 있는 미립자, 타이어의 마모에 의한 먼지, 아스팔트의 마모에 의한 먼지, 황사, 공장의 매연, 분진 등의 대기 중의 환경 오염 물질이 다량 퇴적되어 있고, 또한 쥐나 새 등의 분변, 비료 등도 퇴적되어 있다. 이러한 오염 물질에는 다핵 방향족 탄화 수소류 등의 유기계 오염 물질, 카드뮴 등의 중금속류, 내분비계 장애 물질, 질소, 인 화합물 등이 존재하기 때문에, 강우시에 이러한 용존성 또는 부유성의 오염 물질들과 함께 침투되는 우수를 정화하지 않고 그대로 지하에 침투시키는 것은, 수계의 부영양화, 생태계의 훼손 등의 또다른 오염을 야기할 수 있는 원인이 된다.
본 발명의 목적은, 지표면으로부터의 우수 등의 물이 투수되도록 하고, 투수된 물이 정화되어 저류될 수 있도록 한, 수처리 기능형 집수 및 저류 장치를 제공하는데 있다.
도1은 본 발명에 따른 수처리 기능형 집수 및 저류 장치의 개략적인 사시도.
도2는 본 발명에 따른 수처리 기능형 집수 및 저류 장치를 이용한 응용예의 단면도.
도3은 본 발명에 따른 수처리 기능형 집수 및 저류 장치에 있어서, 여재층을 이루는 보크싸이트 계통 광물의 충진량에 따른 중금속 제거 효과를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: 포장면 102, 202: 여재층
103, 204: 스크린층 104, 210: 저류조
105, 213: 침투 설비 201: 토양층
202: 여재층 203: 여과 매트
205: 스트레이너 206: 유입관
207: 유입부 208: 침전부
209: 수수부 211: 침투 트랜치
212: 침투통 214: 펌프
215: 맨홀
본 발명에서는 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 투수성 포장 재료를 사용하여 포장면을 조성하고, 그 하단에 오염 물질의 제거 기능을 갖는 물질을 충진시킴으로써, 지표면으로부터의 우수 등의 물을 정화된 상태로 저류시킬 수 있음에 착안하여, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은, 투수성 포장 재료로 이루어지고, 지표면 상의 우수 등의 물이 침투 가능한 포장면; 상기 포장면을 통해 침투된 물에 함유되어 있는 오염 물질의 제거를 위해, 상기 포장면의 하단에 구비된 여재층; 상기 포장면 및 여재층을 통과한 물에 함유되어 있는 부유 물질, 미량의 오염 물질 등의 통과를 저지하기 위해, 상기 여재층의 하단에 구비된 스크린층; 상기 포장면, 여재층 및 스크린층을 통과한 물의 저장을 위해, 상기 스크린층의 하단에 구비된 저류조; 및 상기 저류조에서의 물의 월류를 방지하고 물을 지하로 침투시키기 위해, 상기 저류조와 연결되어 설치된 침투 설비;를 포함하는 수처리 기능형 집수 및 저류 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 구현한 일실시예를 나타낸 도면 및 실험예를 참조하여 본 발명에 따른 수처리 기능형 집수 및 저류 장치에 대해 보다 상세하게 설명한다. 하기 도면 및 설명은 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 본 발명은 청구 범위에 기재된 사항을 바탕으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도1은 본 발명에 따른 수처리 기능형 집수 및 저류 장치의 개략적인 사시도를 나타낸다. 도1에 나타낸 바와 같이, 상기 수처리 기능형 집수 및 저류 장치는지표면에서부터 지하를 향해 순차적으로 포장면(101), 여재층(102), 스크린층(103), 저류조(104)의 구성을 가지고, 직육면체 형태의 상자형 구조물로 형성된 상기 저류조(104)는 침투 설비(105)와 나란히 연결되어 쇄석 기초 위에 설치된다. 투수성 포장 재료로 도포된 포장면(101)을 통해 우수 등의 물이 침투하면, 물은 상기 포장면(101)의 하단에 구비된 여재층(102) 및 스크린층(103)을 순차적으로 통과하면서 정화된다. 상기 여재층(102)은 물에 함유되어 있는 오염 물질을 제거하기 위해 구비된 것으로서, 구체적으로 중금속을 제거하기 위한 여재층 및/또는 미량의 유기 오염물, 질소 및 인 화합물을 제거하기 위한 여재층을 구비할 수 있다. 이때, 상기 중금속을 제거하기 위한 여재층으로서는 보크싸이트 계통의 광물로 이루어진 것을 사용할 수 있고, 상기 보크싸이트 계통의 광물은 헤마타이트(hematite, (Fe2O3)), 보에마이트(boehmite, γ-AlOOH), 깁싸이트(gibbsite, (Al(OH)3)), 소달라이트(sodalite, (Na4Al3Si3O12Cl)), 석영(quartz, (SiO2)) 및 칸크리나이트(cancrinite, (Na,Ca,K)8(Al,Si)12O24(SO4,CO3)·3H2O)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 종인 것이 바람직하며, 그 형태에의 제한은 없다. 이러한 보크싸이트 계통의 광물은 중금속과의 일반적인 반응 기작에 따라, 우수 등의 물에 함유되어 있는 중금속과 이온 교환, 침전, 동형 치환 및 촉매 반응하여 상기 중금속을 제거한다.
또한, 상기 미량의 유기 오염물, 질소 및 인 화합물을 제거하기 위한 여재층으로서는 목질 잔사 및 그의 추출물인 리그노셀룰로오즈(lignocellulosic) 계통의필터를 사용할 수 있고, 특히 상기 필터의 표면에 화학적 전처리에 의한 2가의 알루미늄 작용기 또는 나노 알루미늄 입자가 도입되어 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 화학적 전처리에 의해 반응성이 향상된 리그노셀룰로오즈 계통의 필터는 유기 오염물, 질소 및 인 화합물과 이온 교환, 배위, 2단계 여과, 침전 수집 등의 반응을 일으켜 이들을 제거한다. 상기 언급한 여재층(102)은 제거하고자 하는 오염 물질의 종류 및 양에 따라 여재층(102)의 구성이나 충진량을 조절할 수 있다.
이러한 여재층(102)을 통과하면서 오염 물질이 제거된 물은 쇄석으로 이루어진 스크린층(103)을 통해 부유 물질 및 미량의 오염 물질이 최종적으로 제거된 후 저류조(104)에 저장되고, 저장된 물이 상기 저류조(104)의 수용 한계에 도달하면, 저류조(104)의 상단과 연결되어 있는 침투 설비(105)를 통해 지하로 침투된다.
본 발명에 있어서 상기 투수성 포장 재료는 투수성 포장 블록 등의 가공된 포장재나, 토양 등에서 선택할 수 있다. 그러한 투수성 포장 재료 중에서, 토양을 사용하여 본 발명의 구성을 기초로 응용한 일예를 도2에 도시한다.
도2에 도시한 바와 같이, 토양층(201)에 잔디를 식재한 녹화면으로 포장면을 구성한 집수 및 저류 장치에 있어서는, 상기 토양층(201)을 두 층으로 구성하여, 그 사이에 상기 도1의 설명에서 언급한 구성의 여재층(202)을 배치하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 토양층(201)에 강도를 부여하고, 하중을 분산시키기 위해서는 상기 토양층의 상부에 식생 블록을 설치한 후 잔디를 식재하는 것이 바람직하다. 상기 여재층(202)을 포함하는 토양층(201)의 하부에는 상기 토양층(201) 및여재층(202)의 유출을 방지하기 위한 여과 매트(203)를 더 설치할 수 있고, 상기 여과 매트(203)의 하부에 도1에서 언급한 바와 같이 쇄석으로 이루어진 스크린층(204)을 배치하는 것이 바람직하다. 상기 토양층(201), 여재층(202), 여과 매트(203) 및 스크린층(204)을 순차적으로 통과하여 정화된 우수 등의 물이 저장되는 상기 저류조(210)는 여러 분획으로 구분하여 둘 수 있다. 예를 들면, 상기 저류조(210)는 도2에 도시한 바와 같이, 우수 등의 물이 유입되는 유입부(207), 상기 유입부(207)를 거친 우수 등의 물에 함유되어 있는 오염 물질이 침전되는 침전부(208), 상기 침전부(208)를 통과한 물이 배출 또는 취수를 위해 저장되는 수수부(209)로 분획할 수 있다. 상기 유입부(207)로 우수 등의 물이 유입되도록 하기 위해서는, 상기 스크린층(204)과 상기 저류조(210)의 유입부(207)를 연결하는 유입관(206)을 더 배치할 수 있고, 이러한 유입관(206)으로서 물을 재여과할 수 있는 장치인 스트레이너(205)가 연결되어 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유입부(207)의 수용 한계를 넘어선 우수 등의 물은 자연스럽게 침전부(208)로 이송되어 수중에 함유되어 있던 부유 물질 등이 침전되고, 상기 침전부(208)의 수용 한계를 넘어선 물은 수수부(209)로 이송된 후, 침투 설비(213)를 통해 지하로 침투된다. 상기 침투 설비(213)는 침투 트랜치(211)를 쇄석층으로 이루어진 침투통(212)과 연결시킨 것으로서, 그 형태는 이것으로 제한되는 것은 아니다. 한편, 상기 수수부(209)에 저장된 우수 등의 물을 조경 용수, 소방 용수 등으로 재활용하기 위해서는 펌프(214)를 상기 수수부(209)와 연결시켜 사용할 수도 있다. 경제성의 관점에서, 이러한 펌프(214)는 태양광을 이용하여 태양 에너지로부터 변환된 전기 에너지에 의해 작동되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
실험예
본 발명에 따른 수처리 기능형 집수 및 저류 장치에 있어서, 여재층으로서 보크싸이트 계통의 광물을 사용하여, 그 충진량에 따른 중금속 제거 효과를 판단하기 위한 실험을 행하였다. 먼저, 보크싸이트의 충진량을 0, 200, 400, 600, 800 및 1000㎎/ℓ로 조정하여 여재층을 형성하고, 우수에서 흔하게 발견되는 중금속 성분인 철, 구리, 아연을 각각 투입하여 농도가 각각 1㎎/ℓ인 중금속 용액을 제조한 후, 상기 여재층에 상기 용액을 각각 가하였다. 그 결과를 도3에 그래프로 나타낸다.
도3에서 알 수 있는 바와 같이, 보크싸이트의 충진량이 증가할수록 상기 보크싸이트를 통과한 철, 구리 및 아연의 중금속 용액에 있어서의 중금속의 농도가 감소하였고, 특히 보크싸이트의 충진량이 1000㎎/ℓ인 경우, 상기 중금속의 농도는 0~0.2㎎/ℓ까지 감소하였다. 따라서, 중금속이 우수 중에 다량 함유되어 있을 것으로 우려되는 지역에서는, 집수 및 저류 장치의 형성시에 여재층으로서 보크싸이트 계통의 광물을 다량 충진시켜 사용하는 것이 중금속의 제거를 위해 바람직함을 알 수 있다.
본 발명의 수처리 기능형 집수 및 저류 장치에 의하면, 콘크리트, 아스팔트등의 불투수성 재료로 도포된 주차장, 노면, 운동장 등을 투수성을 가진 포장 재료로 대체하여 도포함으로써, 도시의 불투수층을 줄이고, 호우시 우수의 유출을 억제하여 홍수 및 침수의 피해를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 수처리 기능형 집수 및 저류 장치는 우수 등의 물에 함유되어 있는 중금속, 영양 염류 등의 오염 물질을 제거할 수 있는 여재층을 포함하고 있기 때문에, 이러한 여재층을 통과하여 정화된 물이 지하로 침투되어도 또다른 오염을 야기할 우려가 없으며, 정화된 물을 다량 확보함으로써 필요시에는 조경 용수, 소방 용수 등으로 재활용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 투수성 포장 재료로 이루어지고, 지표면 상의 우수 등의 물이 침투 가능한 포장면;
    상기 포장면을 통해 침투된 물에 함유되어 있는 오염 물질의 제거를 위해, 상기 포장면의 하단에 구비된 여재층;
    상기 포장면 및 여재층을 통과한 물에 함유되어 있는 부유 물질, 미량의 오염 물질 등의 통과를 저지하기 위해, 상기 여재층의 하단에 구비된 스크린층;
    상기 포장면, 여재층 및 스크린층을 통과한 물의 저장을 위해, 상기 스크린층의 하단에 구비된 저류조; 및
    상기 저류조에서의 물의 월류를 방지하고 물을 지하로 침투시키기 위해, 상기 저류조와 연결되어 설치된 침투 설비;
    를 포함하는 수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 여재층은 중금속을 제거하기 위한 여재층 및/또는 미량의 유기 오염물, 질소 및 인 화합물을 제거하기 위한 여재층으로 이루어진 것을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중금속을 제거하기 위한 여재층은 보크싸이트 계통의 광물로 이루어진 것을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보크싸이트 계통의 광물은 헤마타이트(hematite, (Fe2O3)), 보에마이트(boehmite, γ-AlOOH), 깁싸이트(gibbsite, (Al(OH)3)), 소달라이트 (sodalite, (Na4Al3Si3O12Cl)), 석영(quartz, (SiO2)) 및 칸크리나이트(cancrinite, (Na,Ca,K)8(Al,Si)12O24(SO4,CO3)·3H2O)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 종인 것을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 미량의 유기 오염물, 질소 및 인 화합물을 제거하기 위한 여재층은 목질 잔사 및 그의 추출물인 리그노셀룰로오즈 계통의 필터로 이루어진 것을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 리그노셀룰로오즈 계통의 필터는, 화학적 전처리에 의한 2가의 알루미늄 작용기 또는 나노 알루미늄 입자가 상기 필터의 표면에 도입된 것임을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 저류조는, 우수 등의 물이 유입되는 유입부, 상기 유입부를 거친 우수 등의 물에 함유되어 있는 오염 물질이 침전되는 침전부, 상기 침전부를 통과한 물이 배출 또는 취수를 위해 저장되는 수수부로 이루어진 것을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 저류조에 저장된 물을 재활용하기 위해, 취수할 수 있도록 상기 저류조의 수수부와 연결된 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 펌프는 태양광을 이용하여, 태양 에너지로부터 변환된 전기 에너지에 의해 작동되는 것임을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 투수성 포장 재료는, 투수성 포장 블록 또는 토양인 것을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 포장면은 두 층의 토양층으로 이루어지며, 상기 두 층의 토양층 사이에 상기 여재층이 위치한 구조를 갖는 것임을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 토양층의 상부에, 지표면에의 강도를 부여하기 위한 식생 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 토양층의 하부에, 토양층 및 여재층의 유출을 방지하기 위한 여과 매트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    수처리 기능형 집수 및 저류 장치.
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