KR20210013817A - 우수 부유물 제거장치 - Google Patents

Abstract

우수 부유물 제거장치로서, 하수를 입수하는 입수관(12) 및 하천으로 방류되는 우수 배수관(14)이 연결설치되는 함체 형상의 본체(10)와, 이 본체(10)는 내부에 격벽(24)에 의하여 구획되는 부유물 제거조(20) 및 우수 저장조(30)와, 상기 부유물 제거조(20)는 제 1웨어(22)에 의하여 부유물 저장조(40)와 구획되면서 상기 우수 저장조(30)는 제 2웨어(36)에 의하여 우수 배출조(32)와 수위 조절조(34)로 구획되며, 상기 부유물 저장조(40)는 부유물을 필터링하기 위하여 수직으로 설치되는 스크린(50), 이 스크린(50)은 격벽(48)에 의하여 하수를 받아 들이는 오수 배출조(44)와 구획되어 이룬다.

Description

우수 부유물 제거장치{Scum skimmer of rainwater for sewer system}

본 발명은 우수 부유물 제거장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 가벼운 물질은 물에 뜨는 원리를 이용하여 스컴 및 부유물을 모으고 외부로 반출하여 깨끗한 우수를 하천으로 배출하는 우수 부유물 제거장치에 관한 것이다.

대부분의 수처리 시설에서는 관거와 침전지 사이에 침사장치 또는 침사지를 설치하여, 오폐수 중에 포함되어 있는 작은 자갈이나 모래처럼 물에 가라앉는 침사와 타이어 가루, 플라스틱 병이나 낙엽, 나뭇가지처럼 물에 뜨는 부유물이 물리적인 방법에 의해서 제거되도록 하고 있다. 그런데, 우리나라의 대도시 하수도는 예를들면 합류식 하수관거의 경우 통상 10월에서 이듬해 3월까지의 비(非)우기 시에 합류식 하수관거 내에 우수만 유입되다 보니 관경에 비하여 유량이 적어 유속이 매우 느리게 흐른다(0.06m/초). 이 때 관내에는 오수의 오니가 퇴적되고 이 기간 동안(동절기)에 관로 내에서 오니의 부패로 인하여 악취가 심하게 발생한다. 이후 이 기간을 지나 처리구역에 비가 올 경우, 관로 내 퇴적물이 우수와 함께 하천으로 흘러 들어간다. 합류식 하수관거에서 우수토실에서 오수를 차집하고 있으나 비가 많이 올 경우(하절기)에는 하수도 계통에 설치된 우수토실에서 오수를 미처 차집하지 못하고 많은 양의 월류수(越流水; CSOs)가 하천으로 유입되어 수질오염을 가중시킨다. 즉, 강우시 배수 구역에 모인 우수와 하수가 배수구역 말단의 우수토실에서 차집하지 못한 우수와 하수를 방류수역으로 월류하여 하천을 오염시키고 있다.

도 1은 하천으로 연결되는 하수관의 일반적인 설치 일례를 설명하기 위한 평면 설명도이다. 이 도면에서 부호 100은 하천, 200은 이 하천(100)으로 우수를 배출하는 여러 갈래의 하수관, 202는 합류식 하수도에서 우천시에 어떤 일정량의 하수를 차집하여 하수처리장에 수송하고 나머지 하수를 하천 등의 수역으로 방류하기 위한 웨어 등을 갖춘 우수토실(Storm Overflow Chamber)이다. 또 상기 하수관(200)의 말단에는 하천 등으로 배수 시에 쇄굴 현상이나 퇴적물 쌓임을 방지하기 위한 토구(302)(吐口; Effluent Mouse)가 설치되는 것이 보통이다.

실제로 본 발명자가 우리나라 중부지방의 대표 도시를 관통하는 하천을 조사한 바에 따르면, 봄철에 내린 비로 인하여 관내 유속은 빨라져서(1m/초) 동절기에 관내 퇴적물을 약 2일동안 하천으로 플러싱하여 거품, 악취 등이 발생하고 부패된 검은 색 부유물이 부유하여 하천을 오염하는 것을 알게 되었다. 어떤 경우, 중점유지관리 대상 관거인 최소유속 미달관거에서는 최소유속의 확보가 가능하도록 복단면을 적용하여 하수의 흐름을 원활하게 하고 있다.

한편, 분류식 하수관거에서는, 초기 강우수량에 의해 노면상의 각종 오염물질이나 단지 등의 오염원(비점오염)이 하천을 오염시키므로 초기우수처리를 하고 있다. 우수가 우수관에 유입되는데 이 초기강우는 지역에 따라 오수보다 더 높은 오염물질을 함유하고 있다.

도 2는 초기우수 오염원 도달시간을 지역별로 나타낸 평면 설명도이다. 이 도면에서 부호 A는 강우 시 최초 5분 동안(T400)에 오염원이 모여지는 지역, B는 강우 이후 10분 동안(T410)에 오염원이 모여지는 지역, C는 강우 이후 15분 동안(T420)에 오염원이 모여지는 지역, 강우 이후 20분 동안(T430)에 오염원이 모여지는 지역을 각각 나타낸다. 이것은 강우 초기에 차집의 문제점을 설명하기 위한 것이다. 예를들어 D지역의 오염원을 차집한다고 할 때 이미 A,B,C 지역은 5분 이상 시간이 경과하여 맑은 우수가 흐르고 있으므로, 이들 A,B,C 지역의 청수(淸水)도 차집하게 되어 처리장으로 유입되는 용량을 과대하게 만드는 불합리한 점이 있다. 또 이럴 경우에 각 토구(302) 근방에 우수처리시설(비점오염저감시설)을 설치하는 방안도 고려할 수 있으나, 도시지역의 비점오염물질은 초기 강우 유출수에 집중적으로 포함되어 유출되는 경향이 있으며, 강우 후반 유출수에는 깨끗한 유출수가 흐르게 되는 초기세척효과(first flash effect)에 의존할 수 밖에 없고, 현 도시 여건 상 설치 부지 확보가 곤란하여 실현 가능성이 거의 없다. 따라서 부유성 오염원은 하수관거를 통하지 않고 직접 하천으로 유입되므로 강우 시 대규모로 유입되는 도시유출(run-off)의 경우는 오염에 미치는 영향이 심각하므로 이에 대한 적절한 대책이 필요하다.

현재 도시지역 합류식 하수관거는 기준을 마련하여 향후 하천오염이나 침수에 대비하고 있다. 합류식관거는 강우시 계획 오수량(계획시간 최대 오수량 + 계획우수량)을 기준으로 하고, 오수관거는 계획시간 최대 오수량을 기준으로, 우수관거는 계획우수량을 기준으로 계획된다. 관거단면, 형상 및 경사는 관거 내 침전물이 퇴적하지 않도록 적정한 유속(1.0~1.8m/초)을 확보하고, 부득이한 경우 0.6~3.0m/초를 적용하며 맨홀 저부에는 반드시 인버트를 설치하여 퇴적물 쌓임을 최소화하는 시도를 하고 있다.

도 3은 종래 일반적인 부유물 제거장치를 나타낸 단면도이다. 이 장치는 부유성 물질이 물에 뜨는 것에 착안하여 발명된 것으로 합류식 하수관거, 분류식 하수관거에서 발생하는 부유성 오염원, 오염물질 등을 처리하기 위한 장치이다. 이 제거장치는 시설의 단순성에 비하여 단락류가 거의 생기지 않고 흐름은 유수(流水)의 모든 부분에서 유속은 일정하고 흐름 방향은 수평인 상태로서 수류의 실제 체류 시간과 이론적인 체류 시간은 같은 플러그 플로(Plug-flow)에 가깝게 유지시켜 주기 때문에 많이 사용되고 있다.

도 3에 도시한 장치는 장방형 벽체(500) 내에 제 1칸막이(502)와 제 2칸막이(504)를 일정 간격으로 배치하고 제 1칸막이(502) 하부에 배수공(512)을 통하여 하수가 통과하여 제 2칸막이(504)의 상부 월류턱(514)을 통하여 월류한 후 반대측 배수구(530)으로 배수되도록 한 구성이다. 부호 520은 스컴이다.

그러나 상기 방식의 장치들은, 현재 여러 도시들에서 공통적으로 발생하는 요인으로서, 여건 상 설치 부지 확보가 곤란하다는 것과, 대부분의 부유성 오염원은 하수관거를 통하지 않고 직접 하천으로 유입되므로 강우 시 대규모로 유입되는 도시유출(run-off)의 경우에 오염에 미치는 영향이 심각하다는 단점이 있다.

본 발명은 겨울철이나 건기에 하수관거 내에 쌓인 토사물이나 부유물이 우기 시에 처음으로 비가 올 경우에, 우수에 포함된 부유성 오염원이 그대로 하천으로 흘러들어가는 것을 방지하기 위하여, 우수 내에 함유된 부유성 오염원을 간단하게 수집하여 걸러내는 부유물 제거장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우수 부유물 제거장치는,

하수를 입수하는 입수관 및 하천으로 방류되는 우수 배수관이 연결설치되는 함체 형상의 본체와, 이 본체는 내부에 격벽에 의하여 구획되는 부유물 제거조 및 우수 저장조와, 상기 부유물 제거조는 제 1웨어에 의하여 부유물 저장조와 구획되면서 상기 우수 저장조는 제 2웨어에 의하여 우수 배출조와 수위 조절조로 구획되며, 상기 부유물 저장조는 부유물을 필터링하기 위하여 수직으로 설치되는 스크린과, 이 스크린은 격벽에 의하여 하수를 받아 들이는 오수 배출조와 구획되어 이루어진다.

이러한 구성에 있어서, 상기 오수 배출조의 바닥에는 차집관로나 오수관로에 연접되는 오수 배수관이 연결설치되는 것과, 상기 격벽의 하부에는 우수와 부유물이 분리되어 하천으로 배수되고 부유물은 부유물 저장조로 반출되는 우수 통로가 형성되는 것과, 상기 제 1웨어는, 배수구역 별 홍수 시 방류수위 계산에 의하여 도출된 방류수위보다 적어도 5cm 이하의 높이로 설정하는 것이 바람직하다.

또 상기 제 1웨어는, 웨어의 높이 조절이 가능한 가변식이고 전폭 방식인 것과, 상기 우수 통로는 계획 홍수량이 유입될 때 유입손실이 발생하지 않는 유입유속 0.3m/sec 이하인 것과, 상기 스크린은, 청소나 메인티넌스를 위하여 상기 본체로부터 자유롭게 장착되거나 분리될 수 있는 가변형이고, 콘크리트의 손상방지를 위하여 홈 안쪽에 스테인레스 보호판을 부가 설치하는 것이 좋다.

그리고, 상기 부유물 제거조는, 원활한 배수 또는 오염 우수의 적체나 부패를 방지하기 위한 인버트가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 우수 부유물 제거장치는 다음과 같은 효과가 있다.

1. 우수 내에 함유된 부유성 오염원을 간단하게 수집하여 외부로 배출하고 오염원이 없는 우수만을 하천으로 배출하기 때문에, 하천 오염의 근본 원인을 해결한다.

2. 모서리 안쪽과 바깥쪽의 유속의 차이로 인해 발생하는 원리를 이용하여 자연스럽게 스컴을 모으고 이를 외부로 반출하여 비교적 깨끗한 우수를 하천으로 배출함으로써 하천의 녹조발생이나 부영양화를 방지할 수 있다.

3. 나타나는 상당한 효과에 비하여 장치를 이루는 구조가 간단하여 설치비용을 절약할 수 있다.

도 1은 하천으로 연결되는 하수관의 일반적인 설치 일례를 설명하기 위한 평면 설명도,
도 2는 초기우수 오염원 도달시간을 지역별로 나타낸 평면 설명도,
도 3은 종래 일반적인 부유물 제거장치를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 부유물 제거장치의 구조를 개략적으로 나타낸 평단면도,
도 5는 본 발명의 부유물 제거장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도 4의 측단면도,
도 6은 본 발명의 부유물 제거장치의 주요 구성요소인 스크린의 설치 일례를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조한다. 부호 10은 대략 함체 형상의 본체이다. 이 본체(10)는 내부 빈 공간에 몇 개의 격벽으로 구획된다. 상기 본체(10)의 중앙 부근에는 격벽(24)에 의하여 부유물 제거조(20)와 수위 조절조수위 조절조(30)로 대별되고 상기 부유물 제거조(20)는 제 1웨어(weir)(22)에 의하여 부유물 저장조(40)와 구분되고, 상기 수위 조절조(30)는 또 다른 제 2웨어(36)에 의하여 우수 배출조(32)와 수위 조절조(34)로 구획된다. 상기 부유물 저장조(40)는 하수가 흐르는 방향의 말단에 부유물 등을 필터링하는 스크린(50)이 수직으로 설치되며 부유물을 걸러내고 남은 하수를 받아 들이는 오수 배출조(44)가 설치된다.

상기 본체(10)의 일측에는 하수가 입수하는 입수관(12)에 연결설치되고 타측 우수 배출조(32)의 바닥에는 하천으로 방류되는 우수 배수관(14)이 연결설치되며, 상기 오수 배출조(44)의 바닥에는 차집관로나 오수관로에 연접되는 오수 배수관(16)이 연결설치된다. 도 5에서 부호 100은 하수처리 시 관로 내의 각종 형태의 퇴적물이 수면 위로 떠올라 생기는 부유물(스컴)이다. 상기 격벽(24)의 하부에는 부유물(100)과 분리되어 하천으로 배수되기 위한 우수 통로(18)가 형성된다. 이 때 부유물(100)은 유속의 차이에 의하여 부유물 저장조(40) 측으로 이송되며, 부유물과 오염원이 용이하게 부유물 저장조(40)로 이동할 수 있도록 상기 제 1웨어(22)의 높이는 배수구역 별 홍수 시 방류수위를 계산하여 방류수위보다 적어도 5cm 이하로 설정한다. 이 때 홍수 초기에는 홍수위가 정확하지 않고 제 1웨어(22)와 격벽(24)이 만나는 사각(死角) 부분에 부유물이 정체되지 않게 하기 위하여는, 제 1웨어(22)는 그 높이를 미리 책정할 수 없으므로, 웨어의 높이 조절이 가능한 가변식이면서 전폭(全幅) 방식을 채택하는 것이 바람직하다.

상기 우수 통로(18) 설계 시에 계획 홍수량(計劃洪水量; design flood discharge)이 유입될 때 유입손실(流入損失; entry loss)이 거의 발생하지 않도록 유입유속은 0.3m/sec 이하인 것이 좋다. 상기 수위 조절조(30)는 제 2웨어(36)의 높이 설정에 의하여 일정한 수위를 유지하여 상기 부유물 제거조(20)에 항상 적당량의 부유물이 부유할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 부유물 제거장치의 주요 구성요소인 스크린의 설치 일례를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 상기 스크린(50)은 본체(10)의 상부 측에 가변적으로 설치된다. 도 6의 실시예에서는 오목홈 내에 스크린(50)의 측단이 끼워지는 형식으로 탈착이 가능하도록 하고 있으나, 스크린(50) 청소나 메인티넌스를 위하여 본체(10)로부터 자유롭게 장착되거나 분리될 수 있는 구조라면, 반드시 이러한 가변적 고정방식에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

또 바닥에 물이 잘 흐르지 않는 사공간(dead space)이 생기면 이곳에 협잡물이 쌓여서 악취가 발생하므로 경사구조의 바닥 설치, 즉 인버트(invert)를 설치하여 협잡물의 생성을 막아야 한다. 따라서 본 발명에서는 상기 부유물 제거조(40)의 바닥에는 원활한 배수를 위하여 인버트(46)가 설치되는 것이 바람직하다. 이 인버트(46)는 협잡물과 분리된 오염우수가 부유물 저장조(40)에서 적체하거나 부패되는 것을 방지하기 위하여, 중앙을 중심으로 좌우로 기울기 약 4% 이상으로 시공한다. 상기 부유물 제거조(40) 내에서 유입 하폐수 중에 섞인 협잡물, 부유물을 분리 제거하는 스크린(50)은, 간이 스크린/ 세목 스크린 형식이 좋고 부식방지를 위하여 스테인레스 봉의 재료로 시공하는 것이 좋다. 또 스크린의 잦은 설치 및 해체, 미관 등을 고려하여 상부 덮개는 미설치하며, 홈(52)에 끼워넣는 방식을 채택하여 스크린(50)을 설치할 경우에는, 콘크리트의 손상방지를 위하여 홈(52) 안쪽에 스테인레스 보호판(54)을 부가 설치하는 것이 바람직하다.

상기 오수 배출조(44)는 협잡물과 분리된 물(하수)을 차집관로나 오수관로로 배출하기 위하여 상기 스크린(50)의 뒷면 하부에 배출구멍(52)을 가지는 격벽(48)이 설치된다. 상기 오수 배수관(16)은 역류 방지를 위하여 차집관로나 오수관로보다 더 높게 설치한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 하수관의 부유물 제거장치는, 상기 부유물 제거조(40)에서 분리된 부유물(100)은 상기 제 1웨어(22)를 넘어 부유물 저장조(40)에 저장된다. 이 때, 부유물 저장조(40) 측으로 월류하지 않은 부유물은 인위적으로 부유물 저장조(40) 측으로 이동(밀어 넣기)이 가능하도록 상기 제 1웨어(22)를 설치한다. 상기 부유물 저장조(40)의 바닥에는 배수가 잘 되도록 인버트(46)가 설치되어 있고 상기 스크린(50)을 통하여 하수와 부유물(100)은 분리되어 하수는 우수 통로(18)로 배출되고 부유물(100)은 인위적으로 제거한다.

부유물을 분리 제거 시 스크린(50)에 걸린 협잡물은 수시로 탈착하여 청소관리를 해준다. 스크린(50) 위에 아무런 상부 덮개 시설이 없으므로 그 작업이 용이하며 콘크리트 홈에 스테인레스 보호판을 부가 설치함으로써 콘크리트가 충격으로 깨져서 떨어져 나오는 일을 방지하고 있다. 상기 오수 배수관(16)의 높이를 차집관로나 오수관로보다 더 높게 설치하기 때문에 역류가 방지된다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 응용이 가능함은 물론이다.

10: 본체 12: 입수관
14: 우수 배수관 16: 오수 배수관
18: 우수 통로 20: 부유물 제거조
22: 제 1웨어 24, 48: 격벽
30: 수위 조절조 30: 우수 저장조
32: 우수 배출조 34: 수위 조절조
36: 제 2웨어 40: 부유물 저장조
44: 오수 배출조 44: 오수 배출조
50: 스크린 52: 홈
54: 보호판 100: 부유물(스컴)

Claims (8)

1. 하수를 입수하는 입수관(12) 및 하천으로 방류되는 우수 배수관(14)이 연결설치되는 함체 형상의 본체(10)와,
   이 본체(10)는 내부에 격벽(24)에 의하여 구획되는 부유물 제거조(20) 및 우수 저장조(30)와,
   상기 부유물 제거조(20)는 제 1웨어(22)에 의하여 부유물 저장조(40)와 구획되면서 상기 우수 저장조(30)는 제 2웨어(36)에 의하여 우수 배출조(32)와 수위 조절조(34)로 구획되며,
   상기 부유물 저장조(40)는 부유물을 필터링하기 위하여 수직으로 설치되는 스크린(50), 이 스크린(50)은 격벽(48)에 의하여 하수를 받아 들이는 오수 배출조(44)와 구획되어 이루는 것을 특징으로 하는 우수 부유물 제거장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 오수 배출조(44)의 바닥에는 차집관로나 오수관로에 연접되는 오수 배수관(16)이 연결설치되는 것을 특징으로 하는 우수 부유물 제거장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 격벽(24)의 하부에는 우수와 부유물(100)이 분리되어 하천으로 배수되고 부유물(100)은 부유물 저장조(40)로 반출되는 우수 통로(18)가 형성되는 것을 특징으로 하는 우수 부유물 제거장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1웨어(22)는, 배수구역 별 홍수 시 방류수위 계산에 의하여 도출된 방류수위보다 적어도 5cm 이하의 높이로 설정하는 것을 특징으로 하는 우수 부유물 제거장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 제 1웨어(22)는, 웨어의 높이 조절이 가능한 가변식이고 전폭 방식인 것을 특징으로 하는 우수 부유물 제거장치.
6. 청구항 3에 있어서, 상기 우수 통로(18)는, 계획 홍수량이 유입될 때 유입손실이 발생하지 않는 유입유속 0.3m/sec 이하인 것을 특징으로 하는 우수 부유물 제거장치.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 스크린(50)은, 청소나 메인티넌스를 위하여 상기 본체(10)로부터 자유롭게 장착되거나 분리될 수 있는 가변형이고, 콘크리트의 손상방지를 위하여 홈(52) 안쪽에 스테인레스 보호판(54)을 부가 설치하는 것을 특징으로 하는 우수 부유물 제거장치.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 부유물 제거조(40)는, 원활한 배수 또는 오염 우수의 적체나 부패를 방지하기 위한 인버트(46)가 설치되는 것을 특징으로 하는 우수 부유물 제거장치.

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