KR20200132647A - 보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사이펀(siphon) 원리를 이용하여 에너지 과다 소요 없이 보 상류의 물을 하류로 방류시킴으로써 상류의 수질을 관리하고, 보 상류를 구간별로 모니터링하여 오염원 유입에 대한 즉각 대처가 이루어지도록 하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 「하천을 가로질러 상류와 하류를 구획하도록 설치된 보; 상기 보의 하류면 하부에 상류 바닥보다 낮게 형성된 함입부; 하천 상류 바닥을 따라 이어지다가 상기 보를 타고 넘어 상기 함입부에 이르도록 배관되고, 배출구가 상기 함입부에 배치되며, 송수펌프가 결합된 유로관; 상기 유로관과 연통하도록 결합되고 말단에 흡입구가 형성된 다수개의 가지관; 상기 유로관 및 가지관에 각각 결합된 개폐밸브; 상기 가지관 흡입구 주변에 설치된 오염감지센서; 및 상기 오염감지센서의 센싱정보를 수집하고, 상기 송수펌프와 개폐밸브의 작동을 제어하는 관리부; 를 포함하여, 보 상류의 물이 사이펀 원리에 의해 상기 흡입구에 흡입되어 상기 배출구로 배출되도록 구성된 보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템」을 제공한다.

Description

보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템{Upstream water quality management and pollution response system}

본 발명은 사이펀(siphon) 원리를 이용하여 에너지 과다 소요 없이 보 상류의 물을 하류로 방류시킴으로써 상류의 수질을 관리하고, 보 상류를 구간별로 모니터링하여 오염원 유입에 대한 즉각 대처가 이루어지도록 하는 시스템에 관한 것이다.

보는 물의 흐름을 막아 일정량의 수량을 유지 및 조절하기 위한 것으로 상류에서 흘러오는 물을 일시적으로 저장하는 기능을 한다. 그러나 이러한 수중보는 상류로부터 유입된 토사, 각종 유기물, 쓰레기 등이 수중보에 막혀 침전되어 쌓이며 썩게 되는 문제가 있다. 이에 따라 수중보에 막힌 상류 물은 심층으로 갈수록 용존산소량이 감소하고, 이러한 물이 정체되어 녹조가 발생함으로써 강, 하천의 수질오염 및 환경 생태계의 파괴를 유발시킨다.

종래에도 이러한 문제점을 해결하기 위하여 "유도관이 설치된 수중보(한국 공개특허 1994-0018527)"나 "퇴적물 안쌓이는 수중보(한국 공개실용신안 1995-0033385)" 등이 도출된 바 있다. 그러나 상기 "유도관이 설치된 수중보"의 경우에는 유도관과 유도관 사이에 침전물이 쌓여 하류로 배출되지 않고, 또 침전물에 의해 유도관이 막혀 제 기능을 발휘하지 못하는 문제점이 있으며, 상기 "퇴적물 안쌓이는 수중보"의 경우에는 수중보 하단부에 다수의 구멍을 천공하여 물이 흐를수 있도록 하였는데, 이 경우 침전물은 구멍을 통해서 배출되지만 수중보의 본래 기능인 수량유지를 제대로 할 수 없는 문제점이 있다.

한편, 용기를 기울이거나 움직이지 않고 높은 곳에 있는 액체를 위로 끌어올려 낮은 곳으로 옮기는 사이펀 원리가 실생활에서 다양하게 응용되고 있다. 등록특허 10-1532276 "보 상류의 녹조 방지 및 슬러지 방출 시스템"은 이러한 사이펀 원리를 적용하여 에너지 소요 없이 보 상류의 물을 하류로 흐르게 함으로써 물의 정체에 따른 녹조 발생 및 수질 환경 오염을 방지하고, 가지관과 보조가지관의 배치에 따라 하천 상류 바닥의 침전물(슬러지)을 전체적으로 흡입, 배출하여 청소 및 준설의 효과를 얻도록 구성된 것이다.

최근, 4대강 사업에 의해 설치된 보에 의해 물이 썩고 있다는 문제점이 크게 대두하는 가운데, 보를 철거해야 하는지에 대한 문제가 사회적 이슈로 떠오르고 있다. 그러나 수자원의 효율적 관리 측면에서는 분명히 보의 순기능도 있으며, 이미 설치된 보를 철거하는 작업의 비용도 크게 소요되므로 설치된 보는 그대로 두되, 과다한 에너지 소요 없이 효율적으로 수질 관리를 하는 방안을 고민하는 것이 보다 합리적이다.

1. 공개특허 1994-0018527 "유도관이 설치된 수중보" 2. 공개실용신안 1995-0033385 "퇴적물 안쌓이는 수중보" 3. 등록특허 10-0424282 "수중보 내측 침전물 자동배출 시스템" 4. 등록특허 10-1532276 "보 상류의 녹조 방지 및 슬러지 방출 시스템"

본 발명은 사이펀 원리를 이용하여 과다한 에너지 소요 없이 보 상류의 녹조 방지 및 슬러지 방출이 이루어지도록 하며, 하천에 하수가 유입되는 배수구를 중심으로 보 설치 지점 상류의 각 구간의 수질을 실시간으로 모니터링하여, 오염원 유입에 대해서는 즉시 대응할 수 있도록 하는 보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 과제 해결을 위해, 본 발명은 「하천을 가로질러 상류와 하류를 구획하도록 설치된 보; 상기 보의 하류면 하부에 상류 바닥보다 낮게 형성된 함입부; 하천 상류 바닥을 따라 이어지다가 상기 보를 타고 넘어 상기 함입부에 이르도록 배관되고, 배출구가 상기 함입부에 배치되며, 송수펌프가 결합된 유로관; 상기 유로관과 연통하도록 결합되고 말단에 흡입구가 형성된 다수개의 가지관; 상기 유로관 및 가지관에 각각 결합된 개폐밸브; 상기 가지관 흡입구 주변에 설치된 오염감지센서; 및 상기 오염감지센서의 센싱정보를 수집하고, 상기 송수펌프와 개폐밸브의 작동을 제어하는 관리부; 를 포함하여, 보 상류의 물이 사이펀 원리에 의해 상기 흡입구에 흡입되어 상기 배출구로 배출되도록 구성된 보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템」을 제공한다.

또한, 본 발명에서 상기 관리부는 수집된 센싱정보를 통해 오염도가 가장 높게 평가된 구간에 배치된 가지관의 개폐밸브가 열리고 나머지 가지관의 개폐밸브는 닫히도록 제어하는 것을 특징으로 구성할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 흡입구 내주면을 따라 높이가 점증(漸增)하는 날개가 나선형으로 결합된 스크류날개; 를 더 포함하여, 흡입되는 물이 상기 흡입구 주변에 와류를 발생시키도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 흡입구에 각각 결합된 거름망; 을 더 포함하여 구성할 수 있으며, 상기 흡입구는 개비온의 내부공간에 삽입·고정도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 유로관과 가지관의 배치 상태에 따라 형성된 굴곡부의 전부 또는 일부에 설치된 개폐설비; 를 더 포함하되, 상기 개폐설비는, 상기 굴곡부의 전방 또는 후방에 형성된 하나 또는 복수개의 통공; 상기 통공을 커버하는 외관; 연결부재를 매개로 상기 외관의 외측에 결합된 롤러; 및 상기 롤러의 접지면을 제공하는 레일; 을 포함하여 구성되고, 상기 관리부에서 상기 롤러의 구동을 제어하도록 구성할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 유로관 또는 가지관 내부에는 스크류 날개가 구비되어 관로 내에 회전류를 유도하고, 회전류 유도 구간에 장착되어 상기 회전류에 의해 회전하는 관내 프로펠러; 및 상기 유로관 또는 가지관 외부에 설치되며, 상기 관내 프로펠러의 회전운동을 전달받아 회전하는 관외 프로펠러; 를 더 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 유로관의 배출구 주변에 연통된 공기유입관; 을 더 포함하여 구성할 수 있다.

또한 본 발명에서 상기 함입부에는 상기 배출구에서 배출된 물을 정화처리 후 출수시키도록 설치된 정화탱크; 를 더 포함하여 구성할 수 있다.

전술한 본 발명에 따르면 다음의 효과를 기대할 수 있다.

1. 사이펀 원리에 의해 에너지 소요 없이 보 상류 심층부의 물을 하류로 흐르게 함으로써 물의 정체에 따른 녹조 발생 및 수질 환경 오염을 방지할 수 있다.

2. 보 상류 심층부의 물이 하류로 흐르는 유로관에 개폐밸프를 설치함으로써 수중보 본래의 기능인 상류의 수위조절 기능을 유지할 수 있다.

3. 상류에 배관되는 유로관과 가지관의 배치에 따라 하천 상류 심층부의 물과 함께 바닥의 침전물(슬러지)도 전체적으로 함께 흡입-배출되도록 하여 청소 및 준설의 효과가 있다.

4. 보 상류를 여러 구간으로 구획하여 각 구간별로 오염도를 모니터링하고,오염도가 높은 구간의 물을 우선적으로 흡입-배출함으로써 오염원의 확산을 방지할 수 있다.

5. 보 상류에서 오염원의 유입 지점을 즉시 파악하여, 적극적으로 대응할 수 있다.

6. 보 상류 각 구간의 오염도 센싱정보를 축적한 빅데이터는 하천 수질 패턴 분석 및 오염 예상 구간에 대한 사전 대응을 위한 근거로 활용될 수 있다.

7. 보 상류의 수위가 낮은 등의 문제로 사이펀 작동이 어려운 경우, 송수펌프, 물보충관, 에어관 등의 구성요소에 의해 문제를 쉽게 해결할 수 있다.

8. 유로관의 하류구간에 수력발전장치를 설치함으로써 낙수에 의한 수력발전을 도모할 수 있다.

9. 흡입구에 스크류날개를 결합시킴으로써 흡입구 주변 및 관로 내부에 와류를 형성시킬 수 있다.

10. 유로관 및 가지관의 굴곡부에 개폐설비를 설치함으로써, 관 내부에 침전된 슬러지 등을 배출시킬 수 있다.

11. 보의 하류면 함입부에 정화탱크를 설치함으로써 보 상류의 물을 하류로 방류하기 전 정화처리를 수행할 수 있다.

[도 1]은 본 발명이 제공하는 「보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템」 일 실시예의 측단면도이다.
[도 2]는 본 발명이 제공하는 「보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템」 일 실시예의 평면도이다.
[도 3]은 오염감지센서와 가지관 배치 상태의 모식도이다.
[도 4]는 관리부와 오염감지센서 및 개폐밸브의 작용 관계 모식도이다.
[도 5]는 흡입구 내주면에 스크류날개가 결합된 상태를 도시한 것이다.
[도 6]은 흡입구에 거름망이 결합된 상태를 도시한 것이다.
[도 7]은 개비온의 내부공간에 흡입구가 삽입 고정된 상태를 도시한 것이다.
[도 8]은 개비온의 실시예들을 도시한 것이다.
[도 9]는 유로관에 보충수관이 결합된 「보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템」 일 실시예의 측단면도이다.
[도 10]은 유로관에 보충수관 및 에어관이 결합된 「보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템」 일 실시예의 측단면도이다.
[도 11]은 유로관에 수력발전장치가 결합된 「보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템」 일 실시예의 측단면도이다.
[도 12]는 유로관 또는 가지관의 굴곡부에 개페설비가 설치된 상태를 도시한 것이다.
[도 13]은 유로관 또는 가지관 내부에 회전류를 유도하고, 그러한 회전류를 이용하여 하천의 물을 순환시키는 장치가 구비된 상태를 도시한 것이다.
[도 14]는 유로관의 배출구 주변에 공기유입관이 연통된 실시예를 도시한 것이다.
[도 15]는 함입부에 정화탱크가 설치된 「보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템」 일 실시예의 측단면도이다.

본 발명은 강, 천(川) 등의 하천에 설치된 보(洑)에 구비된다. 통상적으로 보(洑)를 기준으로 하천 상류 심층부의 물은 정체하게 되고, 심층으로 내려갈수록 용존산소량도 감소하게 된다.

본 발명은 보 상류 심층부의 물을 사이펀 원리로 배출시킴으로서 하천 상류의 표면층과 심층부 간 물의 순환을 유도하고, 심층부에도 용존산소 농도를 증가시킴으로써 생태계를 보호하고, 또한, 보 상류의 바닥에 쌓인 침전물도 심층부의 물과 함께 하류쪽으로 배출시킴으로써 청소 및 준설의 효과를 얻기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 보 상류를 구획하여, 각 구간별로 오염도를 상시 모니터링하고, 오염도가 높은 구간의 물을 하류로 배출시키면서 정화처리되도록 하여 상류의 전체적인 오염을 방지하고, 오염원에 대한 적절하고 신속한 대응이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 「하천을 가로질러 상류와 하류를 구획하도록 설치된 보(110); 상기 보(110)의 하류면 하부에 상류 바닥보다 낮게 형성된 함입부(120); 하천 상류 바닥을 따라 이어지다가 상기 보(110)를 타고 넘어 상기 함입부(120)에 이르도록 배관되고, 배출구(10)가 상기 함입부(120)에 배치되며, 송수펌프(30)가 결합된 유로관(130); 상기 유로관(130)과 연통하도록 결합되고 말단에 흡입구(20)가 형성된 다수개의 가지관(140); 상기 유로관(130) 및 가지관(140)에 각각 결합된 개폐밸브(40); 상기 가지관(140) 흡입구 주변에 설치된 오염감지센서(50); 및 상기 오염감지센서(50)의 센싱정보를 수집하고, 상기 송수펌프(30)와 개폐밸브(40)의 작동을 제어하는 관리부(150); 를 포함하여, 보(110) 상류의 물이 사이펀 원리에 의해 상기 흡입구(20)에 흡입되어 상기 배출구(10)로 배출되도록 구성되고, 상기 유로관(130)과 가지관(140)의 배치 상태에 따라 형성된 굴곡부(60)의 전부 또는 일부에 설치된 개폐설비(160); 를 포함하되,상기 개폐설비(160)는, 상기 굴곡부(60)의 전방 또는 후방에 형성된 하나 또는 복수개의 통공(161); 상기 통공(161)을 커버하는 외관(162); 연결부재(163)를 매개로 상기 외관(162)의 외측에 결합된 롤러(164); 및 상기 롤러(164)의 접지면을 제공하는 레일(165); 을 포함하여 구성되고, 상기 관리부(150)에서 상기 롤러(164)의 구동을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템(100)」을 제공한다.

[도 1] 및 [도 2]는 본 발명이 제공하는 보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템(100) 일 실시예의 측단면도와 평면도이다.

사이펀 원리는 동력을 가하지 않고 높은 곳의 물을 낮은 곳으로 이동시킬 때 유용하다. 따라서, 보를 기준으로 상류 바닥의 물(심층부 물)을 하류로 이동시키려면, 하류 바닥이 상류 바닥보다 낮아야 한다.

하천의 바닥은 연속된 면으로 이루어져 있으므로, 본 발명에서는 상기 보(110)의 하류면 하부에는 상류 바닥보다 낮은 함입부(120)를 형성시킨다. 상기 함입부(120)는 [도 2]에 도시된 바와 같이 상기 유로관(130)의 배출구(10)가 향하는 지점 주위가 바닥면에서 함몰되도록 형성시킬 수 있으며, 보(110)의 하류면을 따라 가로로 긴 트렌치(trench) 형태로 형성시킬 수도 있다.

또한, 관로 중에 송수펌프(30)가 결합된 유로관(130)을, 하천 상류 바닥을 따라 이어지다가 상기 보(110)를 타고 넘어 상기 함입부(120)에 이르도록 배관하여, 배출구(10)가 상기 함입부(120)에 배치되도록 하고, 말단에 흡입구(20)가 형성된 다수개의 가지관(140)을 상기 유로관(130)과 연통하도록 결합시킨다.

이에 따라, 사이펀 원리에 의해 상기 흡입구(20)에 유입된 물이 상기 가지관(140), 유로관(130)을 거쳐 상기 배출구(10)를 통해 상기 함입부(120)로 배출된다. 또한, [도 2]에 도시된 바와 같이 상기 가지관(140)에는 보조가지관(145)이 연통되도록 구성할 수 있으며, 상기 유로관(130)에도 흡입구를 형성시킬 수 있다.

상기 가지관(140)과 보조가지관(145)의 배관에 따라 보 상류 하천 바닥의 물을 고르게 흡입하도록 구성할 수 있으며, 이에 따라 침전물 흡입-배출을 통한 청소 및 준설의 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 상기 유로관(130), 가지관(140) 및 보조가지관(145)에는 개폐밸브(40)를 필요한 곳에 설치하여 유로관(130) 전체의 물 흐름을 조절하거나 일부 가지관(140) 또는 보조가지관(145) 말단 등의 국지적 물 흐름을 조절할 수 있다. 또한 상기 개폐밸브(40)의 설치 및 제어에 의해 전체와 일부의 물 흐름을 복합적으로 조절할 수 있다.

위와 같은 구성을 통해 별도의 동력을 가하지 않고도 보 상류 여러 구간의 물이 보를 타고 넘어 보 하류로 배출되도록 할 수 있다. 다만, 상기 사이펀 원리의 구현을 위해서는 상기 유로관(130) 내부에 물이 차 있어야 하므로, 이러한 조건을 맞추기 위해 필요에 따라 상기 송수펌프(30)를 구동시킬 수 있다.

상기 유로관(130)에는 송수펌프(170)를 결합시킴으로써, 상류의 수위가 낮아 사이펀 작동이 안 될 경우 상기 송수펌프(170)를 가동하여 인위적으로 사이펀 작동을 일으키도록 구성할 수 있다. 즉, 갈수기에 정체된 물에 흐름을 주어 사수를 방지할 수 있으며, 유량은 개폐밸브(40)로 조절할 수 있고, 사이펀 작동이 진행되면 상기 송수펌프(170)의 가동은 중단시킬 수 있다.

위와 같은 함입부(120)의 형성과 유로관(130) 및 가지관(140)의 배치에 의해 보 상류 바닥의 빈산소 상태 물이 하류로 배출되면서 물의 순환이 이루어져 상류 심층부에도 용존산소량이 증가하여 생태계를 보호할 수 있게 된다. 또한, 상류 심층부의 용존산소량 증가로 영양염류의 용출이 억제되며(혐기성 분해 억제) 결과적으로 녹조 발생이 억제된다.

다만, 보의 본래 기능인 수위 조절 기능을 잃지 않도록 하기 위해 상기 유로관(130)에 개폐밸브(40)를 결합시킴으로써, 물의 이동을 제어하고, 상류의 수위를 조절할 수 있다.

본 발명에서는 상기 송수펌프(30)와 개폐밸브(40)의 작동을 별도의 관리부(150)에서 통합 제어하도록 구성된다.

상기 관리부(150)는 보 상류 각 구간의 수질을 모니터링하고, 오염도에 따라 적절한 대응을 할 수 있도록 구성된 컴퓨터 시스템으로서, 상기 가지관(140) 흡입구(20) 주변에 설치된 오염감지센서(50)의 센싱정보를 수집, 분석하여 분석 결과에 따라 상기 송수펌프(30)와 개폐밸브(40)의 작동을 제어한다.

보 상류는 다 구간으로 구획하여 모니터링할 수 있으며, 특별히 하수 방류구를 중심으로 구획될 수 있다.

이렇게 구획된 구간별로 하나 이상의 가지관('보조가지관' 포함, 이하 동일)이 배관되도록 하고, [도 3]에 도시된 바와 같이 상기 가지관(140)의 흡입구(20) 주변에 오염감지센서(50)를 설치함으로써, 보 상류의 수질을 구간별로 모니터링하고 오염도에 따라 능동적 대처가 이루어지도록 구성할 수 있다.

보 상류의 구간별 수질에 대해서는 수소이온농도(pH), 생물화학적 산소요구량(BOD,㎎/ℓ), 화학적 산소요구량(COD,㎎/ℓ), 총유기탄소량(TOC,㎎/ℓ), 부유물질량(SS,㎎/ℓ), 용존산소량(DO,㎎/ℓ), 총인량(T-P,㎎/ℓ), 총질소량(T-N)(㎎/ℓ), 생태독성(TU) 등을 인자로 모니터링 할 수 있으므로, 상기 오염감지센서(50)는 상기 인자의 전부 또는 일부를 센싱하도록 구성하여, 인자별로 실시간 센싱정보를 지속적으로 송출하거나, 특정 인자에 대해 설정된 임계치 이상의 수치가 센싱되는 경우 해당 센싱정보만을 송출하도록 구성할 수 있다.

상기 관리부(150)는 오염감지센서(50)로부터 수집한 센싱정보에 기초하여, 오염도가 가장 높게 평가된 구간에 배치된 가지관(140)의 개폐밸브(40)가 열리고 나머지 가지관(140)의 개폐밸브(40)는 닫히도록 제어함으로써, 오염도가 높은 구간의 물이 보 상류에서 확산되기 전에 우선적으로 배수되도록 구성할 수 있다. 상기 관리부(150)에서는 상기 개폐밸브(40)의 개방 시간, 상기 개폐밸브(40)의 개폐 제어 주기 등을 셋팅할 수 있다. [도 4]는 상기 관리부(150)와 오염감지센서(50) 및 개폐밸브(40)의 작용 관계 모식도이다.

상기 관리부(150)에서는 수집된 구간별 센싱정보로부터 센싱 인자별로 기 설정된 가중치를 부여하여 지표점수화한 후 합산한 값에 따라 오염도 순위를 소트하거나, 센싱 인자별로 중요도를 설정하여 선순위 인자의 센싱값(선순위 인자의 가 동률인 경우 차순위 인자의 센싱값)에 따라 오염도 순위를 소트하는 방식을 취할 수 있다.

또한, 상기 관리부(150)에서는 구간별 센싱정보를 수집하여 빅데이터로 축적·활용할 수 있다. 즉, 구간별 센싱정보 패턴 분석에 따른 오염도 증가 예상 구간에 사전 조치를 취하거나, 구간별 센싱정보가 통상적 패턴을 벗어나 오염도가 급격히 증가한 구간에 대해서는 해당 구간에 대해 역학조사를 집중시켜 오염 원인을 조기에 발견하여 조치토록 할 수 있다.

한편, 상기 흡입구(20) 내주면을 따라 높이가 점증(漸增)하는 스크류날개(21)를 나선형으로 결합시킴으로써, 상기 흡입구(20) 주변에 와류가 발생되도록 구성할 수 있다. [도 5]는 상기 흡입구(20) 내주면에 스크류날개(21)가 결합된 상태를 도시한 것이다.

상기 스크류날개(21)의 높이가 흡입구(20)에서 내측으로 갈수록 점증하도록 구성되어 상기 스크류날개(21)에 의해 물의 유입이 방해받지 않고, 물이 상기 흡입구(20) 안쪽으로 진입함에 따라 상기 스크류날개(21)를 따라 회전하는 흐름이 발생하게 된다. 이와 같이 회전하는 흐름의 물에 의해 상기 가지관(140) 또는 유로관(130) 내부가 세척되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 흡입구(20) 주변에도 물이 회전하는 흐름이 발생하고 이에 따라 상류 심층부에 국지적인 흐름을 발생시키고, 슬러지 상태의 침전물이 떠오르도록 할 수 있다.

상기 보(110) 상류 바닥의 상태에 따라 상기 흡입구(20)를 상방향 또는 하방향으로 구부림으로써 상기 흡입구(20) 주위의 와류 발생 유도 및 침전물 흡입이 보다 효율적으로 이루어지도록 할 수 있다.

상기 흡입구(20)에는 [도 6]에 도시된 바와 같이 거름망(22)을 결합시켜, 상기 거름망(22)의 망 크기에 따라 돌이나 나무 조각 같이 상대적으로 큰 물체가 관에 끼여 막히거나, 물고기 등의 소동물이 상기 흡입구(20)에 빨려들어가는 것을 방지하고 진흙 등의 슬러지만 흡입-배출될 수 있도록 할 수 있다.

[도 7]은 상기 흡입구(20)가 개비온(23)의 내부공간(24)에 삽입·고정된 실시예를 도시한 것이다. 상기 내부공간(24)은 개비온망과 자갈필터 사이로 유입된 미세 오염물질들의 유동성을 활발하게 만들고, 그로 인해 미세오염물질의 흡입, 배출이 원활히 이루어지도록 한다. 이 경우 상기 개비온(23) 내부공간(24)에 부압이 걸리면서 개비온(23)을 구성하는 돌 사이의 틈을 통해 물과 슬러지가 상기 흡입구(20)를 통해 유입되고, 상대적으로 부피가 큰 돌, 나무조각, 물고기 등의 유입은 상기 개비온(23) 외벽에서부터 차단된다([도 7]의 (a) 참조). 상기 유로관(130) 또는 가지관(140) 중 상기 개비온(23)에 삽입된 관로에는 상기 흡입구(20) 외에도 다수의 흡입공을 형성시켜 보 상류 물과 슬러지의 원활한 흡입-배출이 이루어지도록 할 수 있다.

상기 개비온(23)은 상부가 수면 위로 올라오도록 구성할 수 있으며, [도 8]의 (a)에 도시된 바와 같이 상면을 개방시키거나, [도 8]의 (b)에 도시된 바와 같이 상면에 개폐도어를 설치하여 내부 관리가 이루어지도록 할 수 있다.

또한, [도 9]에 도시된 바와 같이 상기 개폐밸브(40)를 상기 유로관(130)의 상류구간과 하류구간에 각각 장착시키고, 상기 유로관(130)에 보충수관(180)을 결합시킴으로써, 상기 유로관(130)에 공기가 들어가거나, 상류의 수위가 낮아 사이펀 작동이 안 되는 경우의 문제를 해결할 수 있다.

상기 보충수관(180)은 상기 유로관(130)의 개폐밸브(40) 사이에서 분지되어 대기상에 개방된 관로로서, 상기 보충수관(180)에는 주입밸브(181)가 결합되어 있다. 상기 보충수관(180)의 상단에는 [도 8]에 도시된 바와 같이 상방향으로 확장되는 깔대기형의 보충수주입부(182)를 결합시킴으로써 보충수 주입 작업의 편의성과 효율을 높일 수 있다.

이러한 구성은 무동력으로 사이펀 작용을 일으키기 위한 구성으로서, 상기 유로관(130)의 상류구간과 하류구간에 장착된 개폐밸브(40)를 모두 폐쇄하고, 상기 주입밸브(181)를 개방하여 물을 주입하고(이 때 유로관(130)에 차 있던 공기는 보충수관(180)을 통해 배출됨), 상기 주입밸브(181)를 폐쇄한 후, 상기 개폐밸프(40)를 모두 개방하여 무동력으로 사이펀 작용이 일어나도록 한다.

또한, [도 10]에 도시된 바와 같이 상기 개폐밸브(40)를 상기 유로관(130)의 상류구간과 하류구간에 각각 장착시키고, 유로관(130)의 개폐밸브(40) 사이에 보충수관(180)을 결합시키는 것은 전술한 실시예와 동일하다. 그러나 상기 유로관(130)에 추가적으로 에어관(190)을 결합시켜야 하고, 상기 보충수관(180)이 하천 상류에까지 이어져야 하며, 상기 보충수관(180)에 물을 끌어올릴 수 있는 보충수펌프(185)가 결합되어 있어야 한다는 차이가 있다. 상기 에어관(190) 역시 상기 유로관(130)의 개폐밸브(40) 사이에서 분지되어 대기상에 개방된 관로로서, 상기 에어관(190)에는 공기배출밸브(195)가 결합되어 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 유로관(130) 상류구간과 하류구간에 장착된 개폐밸브(40)를 모두 폐쇄하고, 상기 공기배출밸브(195)는 개방시킨 상태에서, 상기 보충수펌프(185)를 구동하여 하천 상류의 물을 상기 유로관(130)에 주입시킨 후(이 때 유로관(130)에 차 있던 공기는 에어관(190)을 통해 배출됨), 상기 공기배출밸브(195)를 폐쇄하고, 상기 개폐밸프(40)를 모두 개방하여 무동력으로 사이펀 작용이 일어나도록 한다.

한편, [도 11]에 도시된 바와 같이 상기 유로관(130)의 하류구간에는 수력발전장치(200)를 결합시킴으로써 유로관(130)을 따라 낙하하는 물에 의한 발전(發電)을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 유로관(130)과 가지관(140)의 배치 상태에 따라 형성된 굴곡부(60)의 전부 또는 일부에 설치된 개폐설비(180)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 상기 굴곡부(60)에는 슬러지 등이 쌓일 수 있으므로 상기 개폐설비(180)를 개방하여, 그 개방된 부분에 물이 유입되도록 함으로써 상기 유로관(130)과 가지관(140) 내부에 쌓인 슬러지 등이 배출되도록 하는 것이다.

상기 개폐설비(160)는 다양하게 구성할 수 있으며, 본 발명에서는 구체적으로 [도 12]에 도시된 바와 같이 상기 굴곡부(60)의 전방 또는 후방에 형성된 하나 또는 복수개의 통공(161); 상기 통공(161)을 커버하는 외관(162); 상기 외관(162)의 외측으로 결합된 롤러(164); 및 상기 롤러(183)의 접지면을 제공하는 레일(164); 을 포함하여 구성된 개폐설비(160) 실시예를 제공한다.

상기 관리부(150)에서 상기 롤러(164)의 구동을 제어함으로써, 상기 외관(162)의 전진·후퇴가 이루어지고, 상기 외관(162)의 이동에 의해 상기 통공(161)이 개방되는 경우, 상기 통공(161)을 통해 물이 흡입되어 상기 배출구(10)를 통해 배출되는 과정에서 상기 굴곡부(60)의 침전물이 함께 배출된다.

또한, 상기 유로관(130) 또는 가지관(140) 내부에는 [도 13]에 도시된 바와 같이 스크류 날개(21)를 장착하여 관로 내에 회전류를 유도시키고, 이에 따라 발생한 회전류를 이용하여 하천의 물이 순환되도록 할 수 있다.

즉, 회전류가 유도되는 구간(회전류 유도 구간)에 관내 프로펠러(25)를 장착하고, 상기 유로관(130) 또는 가지관(140) 외부에는 상기 관내 프로펠러(25)의 회전운동을 전달받아 회전하는 관외 프로펠러(26)를 설치함으로써, 상기 관외 프로펠러(26) 설치 지점 주변에 물의 흐름이 형성되도록 할 수 있다.

또한, 상기 유로관(130) 또는 가지관(140)의 일부에 스크류 날개(21)를 설치하되, 관로 내부의 물 흐름에 따라 상기 스크류 날개(21) 자체가 회전하도록 구성함에 따라 상기 스크류 날개(21)의 회전운동을 상기 관외 프로펠러(26)가 전달받아 회전하도록 구성할 수도 있다.

상기 관내 프로펠러(25) 또는 스크류 날개(21)의 회전운동을 상기 관외 프로펠러(26)로 전달하는 동력전달부(27)는 공지된 기어구조, 나선축 구조, 체인 구조, 플렉시블 구조 등을 선택적으로 적용할 수 있으며, 나열된 구조를 2개 이상 복합 적용할 수도 있음은 물론, 회전운동을 다른 회전운동으로 전달하기 위한 어떠한 방식의 동력전달 구조라도 배제하지 않는다.

상기 관외 프로펠러(26)는 배관 방향과 직교하는 방향으로 설치하여 배관 내 물의 흐름과 직교하는 방향으로 물의 흐름을 유도할 수 있으며, 물의 유동 상태를 고려하여 하천의 증간층, 상류층 등에 물의 흐름을 유도하도록 설치할 수 있다.

본 발명에서는 상기 관외 프로펠러(26) 설치를 위한 별도의 지지대(28), 상기 유로관(130) 또는 가지관(140)의 흔들림 방지를 위한 배관고정장치(29) 등을 추가로 구성할 수 있다.

또한 상기 유로관(130)의 배출구(10) 주변에는 [도 14]에 도시된 바와 같이 하나 또는 복수개의 공기유입관(70)을 연통시킬 수 있다. 상기 유로관(130)의 배출구(10) 주변의 관로 내부에는 물의 유속에 의해 부압이 형성된다. 이에 따라 상기 공기유입관(70)을 통해 공기가 상기 유로관(130) 내에 유입되어 물과 혼합된 상태로 배출된다. 특히, 상기 공기유입관(70)이 [도 14]의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 배출구(10)를 향하도록 사선방향으로 연통시킴으로써 보다 원활한 공기 유입을 유도할 수 있다. 또한, [도 14]의 (b) 및 (c)에 도시된 바와상기 공기유입관(70) 출구부(72)에 정형적 또는 비정형적인 톱니, 돌출턱 등을 형성시켜 유입되는 공기가 상기 톱니, 돌출턱 등에 의해 분산되어 물에 공기가 혼합되는 효과를 높일 수 있으며, 이에 따라 하천 상류의 물이 상기 배출구(10)를 통해 배출될 때 용존산소량이 많은 상태의 물이 배출되도록 함으로써 배출되는 물의 수질을 향상시킬 수 있다. 상기 공기유입관(70)에는 수질 개선을 위한 약품이나 버블을 인위적으로 주입시킬 수도 있다. 또한, 상기 공기유입관의 입구부(71)에는 필요에 따라 곤충 유입을 방지하는 거름망을 설치할 수 있으며, 상기 공기유입관(70)에는 물의 역류를 방지하기 위한 개폐밸브를 추가로 결합시킬 수 있다.

또한, 상기 함입부(120)에는 [도 15]에 도시된 바와 같이 상기 배출구(10)에서 배출된 물을 정화처리 후 출수시키도록 정화탱크(190)를 설치할 수 있다. 본 발명 시스템(100)은 사이펀 원리를 이용하여 보 상류의 물과 슬러지 등을 하류로 방류시키면서 물을 순환시키는 것이지만, 보 상류에서 오염도가 높은 특정 구간의 물을 확산 전에 분리, 배출시키는 것에도 의의가 있다. 오염도가 높은 물이 분리, 배출되는 과정의 흐름 속에서 자연 정화가 이루어지기도 하지만, 전술한 바와 같이 상기 함입부(120)에 정화탱크(190)를 설치함으로써, 보 상류에서 분리 배출된 물이 상기 정화탱크(190)에서 정화 과정을 거친 후 보 하류에 방류되도록 하는 것이다.

상기 정화탱크(190) 역시 다양하게 구성할 수 있으나, [도 14]에 도시된 바와 같이 내부를 복수층으로 구성하여, 상기 배출구(10)를 통해 배출된 물이 최하층에서부터 최상층까지 차오르는 과정에서 정화가 이루어지는 방식을 채택할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이전 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

10 : 배출구 20 : 흡입구 21 : 스크류날개
22 : 거름망 23 : 개비온 24 : 내부공간
25 : 관내 프로펠러 26 : 관외 프로펠러 27 : 동력전달부
28 : 지지대 29 : 배관고정장치 30 : 송수펌프
40 : 개폐밸브 50 : 오염감지센서 60 : 굴곡부
70 : 공기유입관 71 : 입구부 72 : 출구부
100 : 보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템
110 : 보 120 : 함입부 130 : 유로관
140 : 가지관 145 : 보조가지관 150 : 관리부
160 : 개폐설비 161 : 통공 162 : 외관
163 : 연결부재 164 : 롤러 164 : 레일
170 : 정화탱크 180 : 보충수관 181 : 주입밸브
182 : 보충수주입부 185 : 보충수펌프 190 : 에어관
195 : 공기배출밸브 200 : 수력발전장치

Claims (1)

1. 하천을 가로질러 상류와 하류를 구획하도록 설치된 보(110);
   상기 보(110)의 하류면 하부에 상류 바닥보다 낮게 형성된 함입부(120);
   하천 상류 바닥을 따라 이어지다가 상기 보(110)를 타고 넘어 상기 함입부(120)에 이르도록 배관되고, 배출구(10)가 상기 함입부(120)에 배치되며, 송수펌프(30)가 결합된 유로관(130);
   상기 유로관(130)과 연통하도록 결합되고 말단에 흡입구(20)가 형성된 다수개의 가지관(140);
   상기 유로관(130) 및 가지관(140)에 각각 결합된 개폐밸브(40);
   상기 가지관(140) 흡입구 주변에 설치된 오염감지센서(50); 및
   상기 오염감지센서(50)의 센싱정보를 수집하고, 상기 송수펌프(30)와 개폐밸브(40)의 작동을 제어하는 관리부(150); 를 포함하여, 보(110) 상류의 물이 사이펀 원리에 의해 상기 흡입구(20)에 흡입되어 상기 배출구(10)로 배출되도록 구성되고,
   상기 유로관(130)과 가지관(140)의 배치 상태에 따라 형성된 굴곡부(60)의 전부 또는 일부에 설치된 개폐설비(160); 를 포함하되,
   상기 개폐설비(160)는,
   상기 굴곡부(60)의 전방 또는 후방에 형성된 하나 또는 복수개의 통공(161);
   상기 통공(161)을 커버하는 외관(162);
   연결부재(163)를 매개로 상기 외관(162)의 외측에 결합된 롤러(164); 및
   상기 롤러(164)의 접지면을 제공하는 레일(165); 을 포함하여 구성되고,
   상기 관리부(150)에서 상기 롤러(164)의 구동을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 보 상류의 수질 관리 및 오염 대응 시스템(100).

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