KR101042731B1 - 지층수를 상수원 원수로 사용하는 우물통 구조의 취수원 저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천 지하에 저장된 지층수를 하천을 흐르는 표류수와 분리된 체 하천을 가로질러 수직으로 설치되는 취수조로 끌어올려 저수하여 줌으로서, 이를 상수원의 원수로 사용할 수 있도록 하는 우물통 구조의 취수원 저장장치를 개시한다. 이같은 상기 우물통 구조의 취수원 저장장치는, 하천에 직접 취수정을 구성하여, 하천 바닥에 형성되는 모래와 자갈 등을 필터층으로 하고, 이를 통해 필터링된 지층수를 취수조에 저장하게 함으로서, 홍수에 의한 일시적 수질 악화는 물론, 오폐수 유입에 따른 지속적인 하천오염 등 하천의 오염 한경 및 정도에 관계없이 안정적으로 원수를 확보할 수 있는 것이다.

이러한 본 발명은, 그 설치장소를 하천으로 제한하지 아니하며 호수, 해안, 또는 인구가 적은 섬지역 등에 간단히 설치하여 원수를 확보할 수 있는 것이므로 이렇게 취수된 원수로부터 잔여 중금속 제거를 위한 기초적 정수단계와 소독단계를 거쳐 식수원으로 유용하게 이용할 수 있게 된다.

취수정, 취수조, 취수원, 우물통, 지층수, 지하수, 하천, 취수파이프

Description

지층수를 상수원 원수로 사용하는 우물통 구조의 취수원 저장장치 {Intake equipment of deep Ground water}

본 발명은 하천 지하에 저장된 지층수를 하천을 흐르는 표류수와 분리된 체 하천을 가로질러 수직으로 설치되는 취수조로 끌어올려 저수하여 줌으로서, 이를 상수원의 원수로 사용할 수 있도록 하는 우물통 구조의 취수원 저장장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 하천에 직접 취수정을 구성하여, 하천 바닥에 형성되는 모래와 자갈 등을 필터층으로 하고, 이를 통해 필터링된 지층수를 취수조에 저장하게 함으로서, 홍수에 의한 일시적 수질 악화는 물론 오폐수 유입에 따른 지속적인 하천오염 등 하천의 오염 한경 및 정도에 관계없이 안정적으로 원수를 확보할 수 있도록 한 것이다.

이러한 본 발명은, 그 설치장소를 하천으로 제한하지 아니하며 호수, 해안, 또는 인구가 적은 섬지역 등에 간단히 설치하여 원수를 확보할 수 있는 것이므로 이렇게 취수된 원수로부터 잔여 중금속 제거를 위한 기초적 정수단계와 소독단계를 거쳐 식수원으로 유용하게 이용할 수 있게 된다.

최근 전 세계적으로 수자원의 불균형은 심화되어 공급보다 수요가 급증하고 있으며 국내의 여건도 악화되어 물 부족으로 인한 피해가 예상되고 있다.

국내의 경우 각종 용수는 대부분 표류수를 대상으로 취수하여 공급되고 있으나, 주요 취수원인 댐건설에 의한 원수의 확보는 댐 후보지의 확보문제, 주민 및 환경관련 단체의 반대, 공급기간까지 장시간이 요구되는 문제 등 해결하기 어려운 난제들로 곤란을 겪고 있어, 대체 수원의 개발 및 보급이 절실하게 되었다.

반면 급속한 경제 발전과 함께, 고도 산업사회로의 전환, 그리고 국민 생활 수준의 향상은 각종 유독성 오염물질의 하천 방류량을 증가시키게 되었고, 이로 인해 하천의 수질은 시간이 지남에 따라 더욱 악화되고 있다.

뿐만 아니라, 인구 집중화와 무분별한 산업단지의 조성으로 인하여 상수원의 근원이 되는 하천과 호수의 수질 오염은 가중되는 반면, 기초환경시설에 대한 투자는 부족하여 가까운 장래에 수질 오염에 대한 근본적인 해결책을 기대하는 것을 더욱 어렵게 하고 있는 실정이다.

이러한 실정에도 불구하고, 현재 취수원 공급원이 되고 있는 하천수를 원수로 직접 취수하는 방식은 많은 문제점을 안고 있다.

즉, 기존 정수장들은 원수의 대부분을 하천수에 의존하고 있어, 매년 반복적으로 일어나고 있는 홍수 등 자연재해로 인하여 토사와 각종의 오염물질이 원수로 흘러들어 수질을 오염시키는 경우, 일정기간에 걸쳐 자연정화가 이루어지기까지 양질의 급수 공급이 어려워지고 있으며, 더욱이 공장 폐수나 독극물이 원수에 유입되는 예기치 않은 사고가 발생하였을 경우, 원수의 수질 관리의 취약성은 더욱 커져 이에 대한 적절한 대안이 없는 현실이다.

따라서 새로운 상수 공급 시스템으로 하천수를 원수로 직접 취수하지 않고 적절한 전처리를 통해 오염 물질을 제거하고 또한 원수 수질 사고에 대처할 수 있는 간접 취수방법에 대한 수요와 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

이러한 간접 취수방법의 하나로 최근 주목을 받고 있는 강변여과법을 들 수 있는데, 이 강변여과법은 해안의 사구지대 또는 강변의 둔치에서 30∼50m 가량 떨어진 지역에 물을 한꺼번에 모을 수 있는 20∼40m 깊이의 취수정을 뚫어 취수하는 방식, 그리고 인공적으로 호소(lake,湖沼)나 함양분지(涵養盆地) 등의 시설을 만들어 하천의 표류수를 저장한 후 대수층에 침투시켜 지층의 자정 능력에 의해 오염물질이 여과 및 제거된 물을 다시 취수하는 방식이다.

즉, 강변여과법은 하천수를 장기간 하천의 대수층에 체류시켜 자연의 자정작용을 이용하여 오염 물질과 독소를 제거한 후 취수하는 것으로, 이는 후속공정인 정수처리 공정과 같은 처리부담을 경감시키는 이점이 있다.

그러나, 상기의 강변여과법에 의해 양질의 처리수를 얻기 위해서는 지하수 오염에 대비하여 개발유역을 보호구역으로 지정하는 등 대상지역은 토양 오염을 유발하는 시설의 개발을 광범위하게 억제해야 하는 단점이 있음은 물론, 취수정 또는 호소(lake,湖沼)나 인공 함양분지(涵養盆地) 조성을 위하여 대규모의 토지 매수 및 막대한 투자비용이 요구되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하천에 직접 취수정을 구성함으로써, 하천의 지하에 저장되어 있는 풍부한 지층수를 하천 바닥에 형성되는 모래와 자갈 등의 필터층을 통해 필터링한 후 안정적으로 취수할 수 있도록 하는데 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 홍수 등 자연재해로 인하여 토사와 각종의 오염물질이 원수로 흘러들어 하천을 오염시키는 경우에 있어서도, 그 오염원이 지층으로부터 유입되어 취수정 내에 저장되는 원수에 영향을 미치지 아니하도록 함으로서 취수원의 수질을 안정적으로 유지할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 하천 바닥에 형성되는 모래와 자갈 등을 필터층으로 하여 필터링된 지하수와 더불어, 하천 이외의 지층으로 부터 유입되는 지층수 역시 취수원으로 사용할 수 있는 지층수를 상수원 원수로 사용하는 우물통 구조의 취수원 저장장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 하천을 벗어난 지역에 취수정 또는 호소(lake,湖沼)나 인공 함양분지(涵養盆地)를 조성하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있도록 하는 경제서이 우수한 우물통 구조의 취수원 저장장치를 제공하려는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 우물통 구조의 취수원 저장장치는, 하측 단부가 하천 바닥면의 최초 모래/자갈층 이하로 삽입되도록 설치되고, 상단은 하천의 최대수면 위로 노출되도록 하천을 가로질러 상하방향으로 설치되어, 그 내부에 취수공간을 마련하는 것으로서, 이에 저장되는 물이 외부 표층수의 오염여부에 간섭됨이 없이 하천 바닥면을 통과하여 필터링된 체 유입되는 지층수 만을 분리 수용하게 되는 우물통 본체; 상기 우물통 본체의 개방된 상면을 밀폐하여, 우물통 본체의 내부를 수면위의 공기층과 분리 차단되도록 하는 우물통 덮개체; 상기 우물통 본체 내측에 설치되며, 그 상면이 상기 우물통 덮개체와 이격된 상태로 하천 바닥면의 모래/자갈층을 가로질러 상기 우물통 본체의 하단보다 더 깊이 삽입되어, 지층수를 상기 우물통 본체 내부의 취수공간으로 취수할 수 있도록 하측에 복수개의 미세 취수공을 절개 형성하고 있는 취수파이프; 일단이 상기 우물통 덮개체를 관통하여 취수공간 중앙까지 연장되고 다른 단부는 우물통 덮개체 상부로 돌출 설치되는 것으로서, 상기 취수파이프를 통해 상기 취수공간으로 취수된 지층수를 상수원으로 공급하게 되는 출수관;을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일면에 따라, 상기 우물통 덮개체에는, 출수관이 관통되는 결합관체를 연장 구성하고, 상기 결합관체의 내측 둘레면에는 상기 우물통 본체의 취수공간에 저장되어 있는 수량에 따라 상기 출수관이 수밀을 유지하며 높낮이 조절이 가능하도록 실링부재를 결합 구성한다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 우물통 덮개체 일면에는, 상기 취수공간 내부를 대기압보다 낮은 저압상태로 유지시켜, 상기 취수파이프를 통한 지하수의 용출이 지속적으로 이루어지도록 압력조절밸브가 구비된 내부압력 제어관을 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일면에 따라, 상기 우물통 본체의 외주면 하단에는, 하천의 바닥면의 기초지반에 접촉하여 상기 우물통 본체의 침하를 방지하도록 우물통지지용 날개부재를 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일면에 따라, 상기 우물통 본체는 콘크리트 구조물이 바람직하게 사용될 수 있으며, 취수파이프와 출수관은 스테인레스 재질로 구성하는 것이 좋다.

본 발명의 또 다른 일면에 따라, 상기 우물통 본체의 내표면에는, 방수기능과 함께, 유해물질이 취수공간으로 유입되지 아니하도록 보호피막이 코딩된다.

이 같은 본 발명은 하천에 직접 취수정을 구성하는 것으로, 이를 통해 하천의 지하에 저장되어 있는 풍부한 지층수를 하천 바닥에 형성되는 모래와 자갈 등의 필터층을 통해 필터링한 후 안정적으로 취수할 수 있는 것이며, 더욱이 홍수 등 자연재해로 인하여 토사와 각종의 오염물질이 원수로 흘러들어 하천을 오염시키는 경우에 있어서도 그 오염원이 지층으로부터 유입되어 취수정 내에 저장되는 원수에 영향을 미치지 아니하도록 함으로서 취수원의 수질을 안정적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명은, 하천 바닥에 형성되는 모래와 자갈 등을 필터층으로 하여 필터링된 지하수와 더불어, 하천 이외의 지층으로 부터 유입되는 지층수 역시 취수원으로 사용할 수 있는 것이므로 그 설치장소를 하천으로 제한하지 아니하며 호수, 해안, 또는 인구가 적은 섬지역 등에 간단히 설치하여 원수를 확보할 수 있는 것이며 이렇게 취수된 원수로부터 잔여 중금속 제거를 위한 기초적 정수단계와 소독단 계를 거쳐 식수원으로 유용하게 이용할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 본 발명은 하천을 벗어난 지역에 별도의 취수정 또는 호소(lake,湖沼)나 인공 함양분지(涵養盆地)를 조성하지 아니함으로서, 이에 소요되는 대규모의 토지 매수 등 막대한 투자비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예로 우물통 구조의 취수원 저장장치에 대한 단면 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예로 취수파이프의 구조를 보인 사시도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 우물통 구조의 취수원 저장장치는 하천 바닥의 지층에 직접 설치되는 것으로, 우물통 본체(10), 취수파이프(20), 출수관(30), 그리고 날개부(40)를 포함한다.

상기 우물통 본체(10)는 콘크리트 벽체로서, 하천 바닥의 내부 즉, 자갈과 모래로 이루어지면서 자체 정화 기능을 가지는 필터층(F)까지 연장되는 것으로, 우물통 덮개체(11)에 의해 밀폐되는 일정높이의 취수공간(A)을 확보한 것이다.

즉, 상기 우물통 본체(10)는 하천 바닥의 지층(W)에 흐르는 지하수를 상수원으로서 사용할 수 있도록 한 것이고, 이에 따라 하천이 외부적인 요인에 의해 오염되더라도 이에 관계없이 항상 수질이 우수한 지하수를 모아 상수원으로서 사용할 수 있도록 한 것이다.

이때, 상기 우물통 덮개체(11)에는 상기 출수관(30)이 관통되는 결합관 체(12)가 상기 취수공간(A)의 방향으로 연장 구성되며, 상기 결합관체(12)의 내측 둘레면에는 상기 우물통 본체(10)내의 지하수 수위에 따라 상기 출수관(30)의 높낮이 조절이 가능하도록 하는 실링부재(13)가 구성된다. 이같은 상기 출수관(30)은 정수처리장으로부터 연장 설치된다.

또한, 상기 우물통 덮개체(11)에는 우물통 본체(10)내의 취수공간(A) 상측에 위치하도록 하는 내부압력 제어관(14)이 결합되며, 상기 내부압력 제어관(14)에는 압력조절밸브(15)가 형성되고, 상기 압력조절밸브(15)는 상기 취수파이프(20)를 통해 지층(W)에 존재하는 지하수가 압력변화에 의해 상기 취수공간(A)으로 용출될 수 있도록 상기 취수공간(A)의 내부를 대기압보다 낮은 저압상태로 변환시키기 위해 동작하는 것이다.

상기 취수파이프(20)는 스테인레스 재질로서, 상기 우물통 본체(10)내에서 상기 하천 바닥의 필터층(F)을 거쳐 지층(W) 내부로 침투가 용이하도록 최하단측에는 깔대기 형상의 심부(22)가 구성되며, 상기 심부(22)의 상측단에는 상기 지층(W) 내에 존재하는 지하수를 상기 취수공간(A)으로 취수시키기 위한 취수공(21)이 다수 형성된다.

상기 취수파이프(20)의 상단은 개방된 형태이며, 하측에 위치하는 취수공(21)은 미세한 틈새를 유지하게 되는 것인데, 미세한 간격의 틈새를 유지하도록 절개되는 상기 취수공(21)은 지층수를 우물통 본체(10) 내부로 취수할 때 모래 등이 함께 유입되지 아니하도록 하기 위함이다.

이같은 취수파이프(20)에는 양수펌프(25)를 설치할 수 있다. 이는 우물통 덮 개체(11)에 설치되어 우물통 본체(10) 내부의 압력을 대기압 이하로 유지시키게 되는 상기 내부압력 제어관(14)의 기능을 보조하기 위함이다. 다시말해, 상기 내부압력 제어관(14)의 압력조절밸브(15)가 일시적으로 기능을 상실하는 경우라 할지라도 강제 펌핑을 통해 지층(W)에 위치하는 지하수가 안정적으로 우물통 본체(10) 내부의 취수공간(A)으로 체워질 수 있도록 하기 위함이다.

상기 출수관(30)은 지상의 펌핑수단과 연결된 것으로, 이 또한 스테인레스 재질로 구성함이 바람직한데, 이는 상기 우물통 덮개체(11)의 결합관체(12)를 관통하여 상기 우물통 본체(10)의 취수공간(A) 내에 위치하게 되는 것으로서, 상기 취수파이프(20)에 의해 상기 취수공간(A)으로 지하수의 취수가 이루어져 일정수위를 유지할 때 상기 지하수의 펌핑이 가능하도록 구성된다.

상기 출수관(30)은 상기 우물통 본체(10) 내에서 지하수의 수위에 따라 그 높낮이를 조절할 수 있으며, 이는 상기 결합관체(12)의 내측 둘레면에 형성되는 실링부재(13)에 의해 가능한 것이다.

상기 날개부(40)는 상기 우물통 본체(10)의 외주연에 결합 구성되는 것으로, 하천의 바닥면에 안정적으로 접촉하면서 상기 우물통 본체(10)의 침하를 방지하는 기능을 수행하는 것이며 이를 통해 상기 우물통 본체(10)의 설치상태를 견고하게 유지시키게 된다.

이와같이 구성되는 본 발명의 지층수를 상수원 원수로 사용하는 우물통 구조의 취수원 저장장치는, 취수를 필요로 하는 하천의 특정위치에 하천을 상하방향으로 가로질러 우물통 본체(10)를 시공한다.

하천을 가로질러 시공되는 상기 우물통 본체(10)는, 그 하단부가 하천의 바닥을 통해 모래와 자갈 등으로 이루어지는 필터층(F)에 이르게 되는데, 이같은 필터층(F)에 안정적으로 지지될 수 있도록 그 하단을 최초 모래/자갈층의 밑으로 충분히 삽입되게 설치하는 것이며, 이에 따라 상기 우물통 본체(10) 내측에 마련되는 취수공간(A)은 오염원의 유입이 자유로운 하천 표류수와 차단될 수 있게 된다.

다음으로, 하천을 가로질러 시공되는 상기 우물통 본체(10)의 내부로부터 지면을 덮고 있는 유기물 층을 제거하여 모래/자갈층으로 구성되는 필터층(F)이 표면으로 노출되도록 하는 것이며, 이에 필터층(F)을 통과하여 지층(W)에 위치하는 지하수에 이르도록 복수개의 취수파이프(20)를 심어 주게 된다.

그 하단이 상기 우물통 본체(10)의 바닥면을 지나 지하수에 이르도록 타설되는 상기 취수파이프(20)는, 하측에 위치하는 취수공(21)의 미세한 틈새로 인하여 지층수를 우물통 본체(10) 내부로 취수할 때 모래 등이 함께 유입됨이 억제된다.

이후, 내부압력 제어관(14)에 형성되는 압력조절밸브(15)를 동작시켜, 상기 취수공간(A)의 내부 압력을 대기압보다 낮은 저압상태로 변환시키면, 상기 취수파이프(20)의 취수공(21)을 통해 지층(W)에 존재하는 지하수는 상기 취수공간(A)내의 저압상태에 따라 상기 취수파이프(20)를 통해 취수공간(A)으로 용출되면서, 상기 취수공간(A)으로 취수가 이루어질 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 취수공간(A)에 일정수위의 지하수가 채워질 때, 상기 지하수를 출수관(30)을 통해 외부(정수처리장)로 출수시키면, 상기 지하수를 상수원의 원수로 사용할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 본 발명은 첨부된 도 1에서와 같이 하천의 범위가 클 경우 우물통 본체(10)의 직경을 크게 시공하는 한편, 상기 우물통 본체(10)내의 취수공간(A)에 복수의 취수파이프(20)를 설치하였지만, 하천의 범위가 좁을 경우에는 첨부된 도 3에서와 같이 우물통 본체(10)의 직경을 작게 시공하는 한편, 상기 우물통 본체(10내의 취수공간(A)에 하나의 취수파이프(20)만을 설치할 수도 있는 것이다.

이하, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

도 1은 본 발명 일 실시예로 우물통 구조의 취수원 저장장치에 대한 단면도.

도 2는 본 발명 일 실시예로 취수파이프의 구조를 보인 사시도.

도 3은 본 발명 다른 실시예로 하천 폭이 좁은 곳에 취수원 저장장치를 설치한 상태를 보인 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10; 우물통 본체 11; 우물통 덮개체

12; 결합관체 13; 실링부재

14; 내부압력 제어관 15; 펌프

20; 취수파이프 21; 취수공

22; 심부 30; 출수관

40; 우물통지지용 날개부재 A ; 취수공간

Claims (5)

1. 하측 단부가 하천 바닥면의 최초 모래/자갈층 이하로 삽입되도록 설치되고, 상단은 하천의 최대수면 위로 노출되도록 하천을 가로질러 상하방향으로 설치되어, 그 내부에 취수공간을 마련하는 것으로서, 이에 저장되는 물이 외부 표층수의 오염여부에 간섭됨이 없이 하천 바닥면을 통과하여 필터링된 체 유입되는 지층수 만을 분리 수용하게 되는 우물통 본체;

   상기 우물통 본체의 개방된 상면을 밀폐하여, 우물통 본체의 내부를 수면위의 공기층과 분리 차단되도록 하는 우물통 덮개체;

   상기 우물통 본체 내측에 설치되며, 그 상면이 상기 우물통 덮개체와 이격된 상태로 하천 바닥면의 모래/자갈층을 가로질러 상기 우물통 본체의 하단보다 더 깊이 삽입되어, 지층수를 상기 우물통 본체 내부의 취수공간으로 취수할 수 있도록 하측에 복수개의 미세 취수공을 절개 형성하고 있는 취수파이프;

   일단이 상기 우물통 덮개체를 관통하여 취수공간 중앙까지 연장되고 다른 단부는 우물통 덮개체 상부로 돌출 설치되는 것으로서, 상기 취수파이프를 통해 상기 취수공간으로 취수된 지층수를 상수원으로 공급하게 되는 출수관;을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 지층수를 상수원 원수로 사용하는 우물통 구조의 취수원 저장장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 우물통 덮개체에는, 출수관이 관통되는 결합관체를 연장 구성하고, 상기 결합관체의 내측 둘레면에는 상기 우물통 본체의 취수공간에 저장되어 있는 수량에 따라 상기 출수관이 수밀을 유지하며 높낮이 조절이 가능하도록 실링부재를 결합 구성하는 것을 특징으로 하는 지층수를 상수원 원수로 사용하는 우물통 구조의 취수원 저장장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 우물통 덮개체 일면에는, 상기 취수공간 내부를 대기압보다 낮은 저압상태로 유지시켜, 상기 취수파이프를 통한 지하수의 용출이 지속적으로 이루어지도록 압력조절밸브가 구비된 내부압력 제어관을 설치한 것을 특징으로 하는 지층수를 상수원 원수로 사용하는 우물통 구조의 취수원 저장장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 우물통 본체의 외주면 하단에는, 하천의 바닥면의 기초지반에 접촉하여 상기 우물통 본체의 침하를 방지하도록 우물통지지용 날개부재를 설치한 것을 특징으로 하는 지층수를 상수원 원수로 사용하는 우물통 구조의 취수원 저장장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 우물통 본체의 내표면에는, 방수기능과 함께, 유해물질이 취수공간으로 유입되지 아니하도록 보호피막이 코딩되는 것을 특징으로 하는 지층수를 상수원 원수로 사용하는 우물통 구조의 취수원 저장장치.

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