KR101555257B1 - 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설 - Google Patents

부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설 Download PDF

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김남두
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Abstract

부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 비점오염저감시설은, 비점오염원의 저감을 위해 지하에 매립되는 입체형 구조물로서, 자연침강방식을 통해 유입관을 통해 유입되는 초기우수에 포함된 협잡물 제거를 위한 전처리가 이루어지는 전처리조와, 전처리조를 거친 1차 처리수가 아래로부터 유입되고 부상성 입상여재로 구성된 여과층을 통과하는 상향류식 여과로서 1차 처리수에 포함된 미세고형물을 걸러내는 여과처리조 및 여과처리조를 거친 처리수가 일시 저류되고 일정 수위에 도달하면 외부로 방류될 수 있도록 구성된 처리수조를 포함하며, 여과층 상하부에 각각 상기 입상여재의 입경보다 공경이 작은 다공판이 설치되며, 역세공기 공급을 위한 역세배관이 여과층 하부에 배치되고, 역세배관에는 여과층 교란을 위한 역세공기를 분사하는 역세노즐이 설치된 것을 구성의 요지로 한다.

Description

부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설{Non point pollutant reduction equipment using the floating filter media}
본 발명은 오염원이 특정되지 않은 비점오염원 저감을 위한 시설에 관한 것으로, 상세하게는 부상성 입상여재를 이용한 상향류 여과방식을 이용해 빗물에 섞인 오염물을 여과처리하여 배출하고, 여재 폐색 시 여재 세척을 위한 역세기능을 갖춘 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설에 관한 것이다.
수질 오염원은 오염원의 성격에 따라 점오염원과 비점오염원으로 분류된다. 점오염원은 오염 배출을 명확히 확인할 수 있는 점으로부터 하수구나 도랑 등의 형태로 배출되는 오염원이고, 비점 오염원은 넓은 지역으로부터 빗물 등에 의해 씻겨지면서 배출되어 정확히 무엇이 배출원인지 알기 어려운 산재된 오염원으로부터 배출되는 것을 의미한다.
일반적으로 비점오염원은 비특정 오염원, 면오염원, 이동오염원 또는 기타수질오염원이라고도 하며, 점오염원이 특정한 배출경로를 가지는 것과는 다르게 도시 노면배수나 농경지배수와 같이 불특정한 배출경로를 통해 비점오염물질을 발생시키는 장소 또는 지역을 가리킨다.
비점오염물질은 주로 강우 시 지표면 유출수와 함께 유출되는 오염물질로서, 농지에 살포된 비료나 농약, 토양침식물, 축사유출물, 교통오염물질, 도시지역의 먼지와 쓰레기, 자연동ㅇ식물의 잔여물, 지표면에 떨어진 대기오염물질 등을 말한다.
최근 수질오염총량 관리제 등의 시행으로 오염물질의 유입이 간헐적으로 이루어지는 도로나 주차장 등에서 발생하는 비점오염물에 대한 관리를 강화하고 있는 추세에 있으며, 안정적인 수질 보전을 위해 도로 및 주차장 등 불투수층 지역으로부터 비롯된 노면 배수 처리에 대한 관심이 대두되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제0538124호에는 비점오염물질 처리에 있어 하천으로 유입되는 비점오염물질을 효율적으로 처리하기 위해 폴리에틸렌 및 폐타이어를 이용하여 제조된 담체를 통해 수질을 정화하는 수처리시스템이 개시되어 있다.
그러나 상기한 종래 수처리 장치는 여과재 세척을 위한 역세 기능이 부재하여 시간이 경과할수록 여과층이 폐색되어 여과성능과 처리효율이 극히 떨어지는 문제가 있고, 여과재 교체 및 세척 등 시설 유지관리에 많은 비용이 소요됨은 물론 유지관리가 용이하지 못한 단점이 있으며, 여과처리 시 여과재에 걸리는 부하가 커서 여과재 및 시설물의 수명이 짧다는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-0538124 (공고일 2005. 12. 21)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 부상성 입상여재를 이용한 상향류 여과방식을 통해 빗물에 섞인 오염물을 효과적으로 여과처리하여 배출할 수 있는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 여재 폐색 시 여과성능의 회복을 위한 역세 기능을 갖춘 여과형 비점오염저감시설을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 역세 시 처리조 내 잔류수와 공기를 이용하여 여재 전반에 걸쳐 균일하고 효율적인 역세가 가능한 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 역세 시 처리조 내에 잔류한 잔류수를 역세수로 재활용해 유지관리 비용을 절감할 수 있는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 부유 가능한 경량의 여재를 사용함으로써 여재 교체와 같은 추후 유지관리가 용이한 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 본격적인 여과처리에 앞서 전처리조를 통한 조대협잡물 포집 및 침사의 자연침강과 같은 전처리에 의해 여과처리조에 걸리는 여과부하를 극히 줄일 수 있는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설을 제공하고자 하는 것이다.
과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면, 비점오염원의 저감을 위해 지하에 매립되는 입체형 구조물로서, 초기우수가 유입되는 유입관이 연결되고, 유입관을 통해 유입되는 초기우수에 포함된 협잡물 제거를 위한 전처리 스크린과, 잔류수 및 역세척수 배출을 위한 배수펌프 및 배관이 설치된 전처리조; 입상여재에 의해 일정 두께로 여과층이 형성되며, 전처리조를 거친 1차 처리수가 아래로부터 유입되고 상기 여과층을 통과하는 상향류식 여과로서 1차 처리수에 포함된 미세고형물을 걸러내는 여과처리조; 및 상기 여과처리조를 거친 처리수가 저류되고, 저류된 처리수의 외부 방류를 위한 유출관이 연결되며, 상기 유출관의 입구 주변을 일정 높이로 둘러싸는 역류방지배플을 구비한 처리수조;를 포함하며, 상기 입상여재는 물보다 비중이 가벼운 부상성 입상여재이며, 상기 여과층 상하부에 각각 상기 입상여재의 입경보다 공경이 작은 다공판이 설치되며, 역세공기 공급을 위한 역세배관이 상기 여과층 하부에 배치되고, 역세배관에 상기 역세공기 분사를 위한 역세노즐이 설치된 것을 특징으로 하는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설을 제공한다.
본 발명에서 상기 전처리조와 여과처리조는 제1 격벽으로 구분되고, 상기 여과처리조와 처리수조는 제2 격벽으로 구분되며, 상기 제1 격벽 하단의 개구부를 통해 1차 처리수가 상기 여과처리조로 유입될 수 있다.
이때 상기 제2 격벽은 여과층 최상부보다 일정 높이 이상 높게 형성되며, 상기 여과층을 통과하면서 미세고형물이 제거된 처리수는 상기 제2 격벽을 넘어 처리수조로 유입될 수 있다.
또한, 상기 여과처리조 바닥이 상기 개구부 쪽으로 경사지게 구성함으로써, 역세 시 여과처리조 내 잔류수가 전처리조 쪽으로 모두 흘러 들어갈 수 있도록 함이 바람직하다.
본 발명에서 상기 여과층은, 하부 여과층과 상부 여과층으로 구성될 수 있으며, 상기 하부 여과층에 비해 상부 여과층의 입상여재 입경을 작게 구성하면 여과효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 하부 여과층 하부와 하부 여과층과 상부 여과층 사이, 그리고 상부 여과층 상부에 다공판이 설치될 수 있다.
한편, 상기 역세배관은 여과처리조 외부의 역세공기공급장치와 연결될 수 있으며, 역세공기공급장치는 블로워(blewer)일 수 있다.
본 발명에 적용된 상기 역세노즐은 역세공기 분사 시 주변의 여과처리조 내 물을 끌어들여 함께 분사시킬 수 있는 구조일 수 있다.
바람직하게는, 상기 역세노즐은, 역세공기 분사를 위한 노즐관과; 상기 노즐관보다 높게 노즐관 주위를 둘러싸며 둘레면에 상기 물이 유입되는 홀을 형성한 외부관과; 상기 외부관의 상단부에 설치되며 하부 둘레부를 따라 개구부를 형성한 원추형의 노즐갓;을 포함하는 구성일 수 있다.
이때, 상기 노즐관은 상부로 갈수록 관경이 작아지도록 구성되어 노즐관과 상기 외부관 사이에 유동공간이 형성되며, 상기 유동공간의 하부영역과 연통되는 위치에 상기 홀이 있어, 상기 노즐관의 출구를 통해 빠른 속도로 배출되는 역세공기에 의해 상기 유동공간의 내부압력이 하강하고, 상기 홀을 통해 물이 빨려 들어와 공기와 함께 물이 상기 노즐갓 측으로 빠르게 유동되는 구성일 수 있다.
여기서 상기 노즐갓 내부에 상기 노즐갓 측으로 유동된 역세공기 및 물에 회전력을 부여하는 베인(Vane)이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 부상성 입상여재를 이용한 상향류 여과방식을 통해 빗물에 섞인 오염물을 보다 효율적으로 여과처리하여 배출할 수 있고, 여재 폐색 시 자동역세를 통해 여과성능을 회복할 수 있어 지속적인 처리가 가능하며, 후속 처리시에도 높은 여과처리 효율을 지속적으로 유지할 수 있다.
또한, 공기와 물의 혼합물을 역세척에 이용하므로 여과층을 구성하는 부상성 여재 전반에 걸쳐 균일하고 효율적인 역세가 가능하며, 여과 지속시간의 증대와 여과 수질을 개선할 수 있고, 역세 시 처리조 내에 물을 역세수로 활용함으로써 외부에서 세척수(수돗물)를 끌어들여 역세하는 방식에 비해 유지관리에 소요되는 비용이 크게 줄어 경제성 측면에서도 유리하다.
더욱이, 부유 가능한 경량의 여재를 사용함으로써 여재 교체와 같은 추후 유지관리에 있어 용이성을 확보할 수 있고, 본격적인 여과처리에 앞서 전처리조를 통한 협잡물 포집 및 자연침강 방식의 침전여과와 같은 전처리에 의해 여과처리조에 걸리는 여과부하를 극히 줄일 수 있어 높은 품질의 여과처리 상태를 장시간 지속적으로 유지할 수 있다.
또한, 필요에 따라 여과층을 2단으로 구성하고 입상여재의 입경을 달리하는 경우 여재의 조기 폐색을 방지할 수 있어 수중의 오염물 제거효율을 극대화할 수 있고, 역세공기 분사 시 주변의 압력강하를 이용하여 물을 자연스럽게 끌어들여 공기와 물을 동시에 분출하는 노즐의 적용으로 별도의 역세펌프 없이도 블로워만으로 강력한 역세효과를 기대할 수 있다.
더하여, 최종 여과 처리된 처리수의 배출을 위한 유출관의 입구 주변을 역류방지배플이 일정 높이로 둘러싸도록 구성됨으로써, 하천이나 저류지 등 수계의 수위가 상승하여 역류하는 경우 유출관을 통한 각종 협잡물 유입을 효과적으로 방지할 수 있고, 결국 역류 시 유입되는 협잡물로부터 여과처리조 내 여과층을 안전하게 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비점오염저감시설의 측 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비점오염저감시설의 평면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비점오염저감시설의 측 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 비점오염저감시설에 적용된 역세노즐을 확대 도시한 단면도.
도 5는 도 4의 역세노즐 선단에 설치된 노즐갓의 사시도.
도 6은 여과처리 시 본 발명의 작동 상태도.
도 7은 여과층 역세 시 본 발명의 작동 상태도.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 비점오염저감시설의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비점오염저감시설의 측 단면도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비점오염저감시설의 평면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비점오염저감시설은 비점오염원의 저감을 위해 지하에 매립되는 입체형 구조물로서 크게, 전처리조(10), 여과처리조(20), 처리수조(30)로 구성된다. 이때 전처리조(10)와 여과처리조(20)는 제1 격벽(15)에 의해 구분되고, 여과처리조(20)와 처리수조(30)는 제2 격벽(25)에 의해 구분된다.
전처리조(10)에는 초기우수가 유입되는 유입관(100)이 연결되고, 유입관(100)을 통해 유입되는 초기우수에 포함된 조대협잡물 제거를 위한 전처리 스크린(110)이 설치된다. 전처리조(10) 바닥에는 잔류수 및 역세척수 배출을 위한 배수펌프(130)가 설치되며, 상부에는 유지관리를 맨홀(255)뚜껑(도시 생략)이 구비된다. 그리고 배수펌프(130)에서 연장된 배관(140, 잔류수 배출관)이 전처리조(10) 밖으로 연장된다.
전처리조(10)에 설치된 상기 전처리 스크린(110)은 하부는 막혀 있고 측면부가 스크린 망으로 구성된 일정 체적의 입체 구조물일 수 있으며, 이때 스크린 망의 그물코의 크기는 특정 수치로 한정되는 것은 아니나, 비닐, 음료 캔, 스티로폼 등의 조대부유물은 걸러내고 미세한 크기의 고형물 등은 우수와 함께 통과할 수 있을 정도면 적당하다.
전처리조(10)에 설치된 상기 전처리 스크린(110)에 의하여 상기 유입관(100)을 통해 전처리조(10) 내부로 초기우수와 함께 유입되는 오염물 중 비닐, 음료 캔, 스티로폼과 같은 조대부유물이 걸러지게 되며, 모래나 토사와 같이 물보다 비중이 큰 침사 등은 자연침강에 의해 전처리 스크린(110) 바닥으로 가라앉아 우수로부터 분리된다.
여과처리조(20)는 구상형의 부상성 입상여재(212)들에 일정 두께로 형성되는 여과층(210)을 포함한다. 상기 제1 격벽(15) 하단의 개구부(200)를 통해 전처리조(10)를 거친 1차 처리수가 여과처리조(20)로 유입되며, 유입된 1차 처리수는 상승하여 부상성 입상여재(212)로 구성된 상기 여과층(210)을 통과함으로써 1차 처리수에 포함된 미세고형물들이 걸러진다.
즉 전처리조(10)를 통해 전처리된 1차 처리수가 상기 개구부(200)를 통해 여과처리조(20) 하부로 유입되고, 부상성 입상여재(212)들로 이루어진 상기 여과층(210)을 아래에서 위로 통과한 후 상기 처리수조(30)로 이동하게 되는데, 상기 여과층(210)을 통과하는 과정에서 1차 처리수에 포함된 미세 오염물들이 입상여재(212)에 흡착되어 걸러지게 되는 것이다.
입상여재(212)는 여과처리조(20) 내 수위 상승에 동반해 부유 가능하도록 처리수(물)보다 비중이 작은 구상형의 여재일 수 있으며, 여과처리조(20) 내 1차 처리수의 수위 변화 시 상기 입상여재(212)의 상승과 하강 높이를 일정 높이로 제한하고 유출을 방지하기 위해 입상여재(212) 상부와 하부에는 상기 입상여재(212)의 입경보다 공경이 작은 다공판(220a)(220b)이 설치된다.
상부 다공판(220a)과 하부 다공판(220b)은 상기 입상여재(212)가 여과처리조(20) 내에서 다른처리조로 유출되지 않고 제한된 공간에서만 자유로이 움직일 수 있도록 공간을 구획하는 동시에, 여과처리조(20) 내 1차 처리수의 수위 변화에 따라 상기 입상여재(212)가 상하로 이동됨에 있어 그 상승과 하강 높이를 일정 높이로 제한한다.
여과층(210) 하부에는 일정간격으로 역세공기 공급을 위한 역세배관(240)이 설치된다. 역세배관(240)은 여과처리조(20) 외부의 역세공기공급장치, 예컨대 블로워(blewer)와 연결되며, 각각의 역세배관(240)에는 상기 입상여재(212) 사이로 상기 역세공기를 강하게 분사하여 여과층(210)을 교란시킴으로써 입상여재(212)로부터 오염물이 탈리될 수 있도록 하는 역세노즐(250)이 설치된다.
여과처리조(20)의 바닥(260)은 제1 격벽(15) 하단의 상기한 개구부(200) 쪽으로 경사지게 형성됨으로써 역세과정에서 여과처리조(20) 내 잔류수는 전처리조(10) 쪽으로 모두 흘러 들어가 배수펌프(130) 구동으로 배관을 통해 전처리조(10) 밖으로 전량 배출되는 한편, 여과과정에서 상기 여과층(210)을 통과해 미세고형물이 제거된 처리수는 상기한 제2 격벽(25)을 넘어 처리수조(30)로 유입된다.
제2 격벽(25)은 여과층(210) 최상부보다 일정 높이 이상 높게 형성된다. 따라서 여과층(210) 상부에는 일정량의 처리수가 잔류한다. 여과층(210) 상부에 잔류된 처리수는 역세와 함께 진행되는 잔류수 배출에 의하여 상기 여과층(210) 교란으로부터 탈리된 오염물과 함께 여과처리조(20) 하부로 이동되며, 이 과정에서 상기 처리수의 하향 유동으로 여과층(210)이 다시 한번 세척된다.
여과처리조(20)를 구성하는 상기 여과층(210)은 도 3의 바람직한 제2 실시예와 같이, 하부 여과층(210a)과 상부 여과층(210b)으로 분리된 구성일 수도 있다. 이 경우 상기 하부 여과층(210b)과 상부 여과층(210a)을 구성하는 입상여재(212)의 입경을 달리함으로써 여과층(210)을 구성하는 입상여재(212)의 조기 폐색을 방지하고 수중의 미세고형물 제거효율을 극대화할 수 있다.
바람직하게는, 하부 여과층(210)의 입상여재(212) 입경보다 상부 여과층(210)의 입상여재(212)의 입경을 작게 구성함으로써 여과효율의 극대화를 달성할 수 있으며, 이처럼 여과층(210)을 두 개의 층으로 분리시킨 경우 상기 하부 여과층(210) 하부, 하부 여과층(210)과 상부 여과층(210) 사이 및 상부 여과층(210) 상부에 다공판(220a)(220c)(220b)을 각각 설치하여 입상여재(212)의 층간 이동 및 외부 유출을 방지하는 것이 좋다.
한편, 처리수조(30)는 상기 여과처리조(20)와의 사이에 일정 높이로 형성된 상기 제2 격벽(25)을 통해 상기 여과처리조(20)와 분리된다. 처리수조(30)에는 상기 여과처리조(20)를 통과하면서 최종 여과 처리가 완료된 처리수가 저류(貯留)되고, 저류된 처리수의 외부 방류를 위한 유출관(300)이 연결된다. 그리고 유출관(300)의 입구 주변을 일정 높이로 둘러싸는 역류방지배플(310)이 설치된다.
여과처리조(20)의 상기 여과층(210)을 통과하면서 미세고형물이 제거된 최종 처리수는 상기 제2 격벽(25)을 월류하여 처리수조(30)로 이동되어 저류되며, 일정 수위(유출관(300)이 위치한 높이)에 도달하면 유출관(300)을 통해 처리수조(30) 바깥의 하천이나 저류지 등 수계로 자연 방류되는 한편, 수계의 수위 상승에 따른 역류 시 각종 협잡물의 유입이 상기 역류방지배플(310)에 의해 방지된다.
역세를 위해 적용되는 전술한 역세노즐의 구성을 이하 도 4 내지 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 비점오염저감시설에 적용된 역세노즐을 확대 도시한 단면도이며, 도 5는 도 4의 역세노즐 선단에 설치된 노즐갓의 사시도이다.
역세노즐(250)은 여과층(210) 하부에 일정 간격으로 배관된 상기 역세배관(240)에 그 길이방향을 따라 등간격으로 설치된다. 본 발명에 적용된 역세노즐(250)은 특히 상기 역세배관(240)을 통해 공급되는 역세공기를 여과층(210) 내에 강한 압력으로 분사함에 있어 별도의 동력장치 없이도 주변의 여과처리조(20) 내 물을 자연스럽게 끌어들여 함께 분사시킬 수 있게 구성된다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 상기 역세노즐(250)은 구체적으로, 역세공기 분사를 위한 노즐관(252)과, 상기 노즐관(252)보다 높게 노즐관(252) 주위를 둘러싸며 둘레면에 상기 물이 유입되는 홀(255)을 형성한 외부관(254)을 구비한다. 그리고 외부관(254)의 상단부에 설치되며 하부 둘레부를 따라 개구부(257)를 형성한 원추형의 노즐갓(256)을 포함한다.
노즐관(252)은 상부로 갈수록 관경이 작아지는 구성으로 노즐관(252)과 상기 외부관(254) 사이에 유동공간(253)이 형성되며, 상기 유동공간(253)의 하부영역과 연통되는 위치에 상기 홀(255)이 형성된다. 이에 따라 노즐관(252)의 출구에서 빠른 속도로 역세공기가 배출되면 상기 유동공간(253)의 내부압력이 하강해 홀(255)을 통해 물이 빨려 들어와 공기와 함께 물이 노즐갓(256) 측으로 빠르게 유동한다.
노즐갓(256)의 내부에는 이 노즐갓(256) 측으로 유동된 역세공기 및 물에 회전력을 부여하는 베인(Vane, 258)이 설치될 수 있다. 이때 베인(258)은 복수의 베인(258)이 노즐갓(256)의 내주면을 따라 노즐갓(256) 꼭지점을 향하여 곡선상의 나선모양으로 꼬인 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 회전유동(swirl flow)을 발생시킬 수 있는 모든 형태를 포함할 수 있다.
즉 역세노즐(250) 내부를 이동하는 역세공기와 물에 회전유동을 일으킬 수 있는 형태이면 특별한 제한은 없으며, 이와 같이 베인(258)을 구성하면 역세공기와 물이 회전하면서 노즐갓(256) 하부의 둘레부를 따라 형성된 상기 개구부(257)를 통해 여과층(210)의 입상여재(212)들 사이로 고르게 분사됨으로써, 역세 시 여재층의 교란을 극대화할 수 있다.
상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 실시 예에 따른 비점오염처리시설을 통해 행해지는 비점오염원의 처리과정 및 처리 후 여과층에 대한 세척과정(역세)을 본 발명의 작동과 연계하여 살펴보기로 한다.
도 6은 여과처리 시 본 발명의 작동 상태를 나타낸 도면으로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 비점오염처리시설을 통한 비점오염원의 여과처리부터 살펴보기로 한다.
본 발명을 통해 수행되는 비점오염원의 여과처리는, 빗물과 함께 유입되는 비닐, 캔, 스티로폼 같이 물보다 비중이 작은 조대부유물과 모래나 토사와 같이 물보다 비중이 큰 오염물을 분리 제거하는 전처리와, 부상성 입상여재(212)를 이용한 상향류 여과방식을 이용해 빗물에 섞인 미세오염물을 걸러내는 여과처리로 크게 구분될 수 있다.
도 6을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 초기우수가 유입관(100)을 통해 전처리조(10)로 유입되면, 초기우수에 포함된 협잡물 중 물보다 비중이 작은 조대부유물은 전처리 스크린(110)에 걸려 분리된다. 그리고 모래나 토사와 같이 물보다 비중이 큰 침사 등은 자연침강에 의해 전처리 스크린(110) 바닥으로 가라앉아 우수로부터 분리된다.
침사 및 조대부유물이 전처리 스크린(110)에 의해 제거된 초기우수는 전처리조(10) 하부에 위치한 개구부를 통해 여과처리조(20)로 유입된다. 여과처리조(20)로 유입된 초기우수는 상승하여 입상여재(212)들로 구성된 여과층(210)을 통과하며, 여과층(210)을 통과하는 과정에서 초기우수에 포함된 미세고형물이 상기 입상여재(212)들에 흡착됨으로써 우수로부터 분리된다.
여과처리조(20)를 통한 상향류식 여과를 거쳐 미세오염물까지 걸러진 최종 처리수는 상기 여과처리조(20)와 처리수조(30) 사이의 제2 격벽(25)을 월류(越流)하여 처리수조(30)로 이동되어 저류되고, 저류된 처리수의 수위가 일정 수위(유출관이 위치한 높이)에 도달하면 처리수조(30) 측면부의 유출관(300)을 통해 저수지나 하천과 같은 수계로 자연 방류된다.
여과처리조(20)를 통한 여과처리가 지속될수록 입상여재(212)에 흡착된 미세오염물로 인해 여과층(210)이 폐색되고 여과유량에 변화가 생겨 처리효율이 급격히 저하될 수 있다. 따라서 여과유량을 지속적으로 모니터링하여 설정유량 이하로 떨어지거나, 강우가 종료되면 입상여재(212)에 흡착된 미세오염물을 제거하는 세척(역세)를 실시하여 여과성능을 회복시킬 필요가 있다.
여과층의 세척에 대해서는 이후 도 7을 참조하기로 한다.
도 7을 참조하면, 강우가 종료되면 블로워로 역세공기를 여과층(210)에 강하게 분사하여 여과층(210)을 교란시킴으로써 입상여재(212)로부터 오염물이 탈리시킨다. 동시에 전처리조(10)의 배수펌프(130)를 가동하여 전처리조(10)와 여과처리조(20) 내에 잔류한 잔류수 및 역세척에 이용된 역세척수를 인근 하수관거로 배출시킨다.
여과층(210) 교란을 위한 역세공기 분사 시 역세배관(240)에 설치된 역세노즐(250)은 강한 압력으로 분출되는 역세공기와 함께 주변의 여과처리조(20) 내 물을 자연스럽게 끌어들여 분출시키며, 이때 역세노즐(250)의 노즐갓(256) 내부에 형성된 베인(258)에 의해 역세공기와 물이 회전유동을 하면서 여과층(210)을 향해 분출됨으로써 여과층(210) 교란이 극대화된다.
배수펌프(130)의 가동으로 여과처리조(20)와 처리수조(30) 사이의 제2 격벽(25) 높이까지 채워져 있던 처리수는 역세공기 및 물에 의한 역세에 의해 입상여재(212)로부터 탈리된 덩어리진 형태의 고형물과 함께 여과처리조(20) 하부로 배출되며, 이때 여과처리 때와는 반대로 하향 유동하는 처리수의 유동이 여과층(210)을 다시 한번 세척하게 된다.
이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 의하면, 부상성 입상여재를 이용한 상향류 여과방식을 통해 빗물에 섞인 오염물을 보다 효율적으로 여과처리하여 배출할 수 있고, 여재 폐색 시 자동역세를 통해 여과성능을 회복할 수 있어 지속적인 처리가 가능하며, 후속 처리시에도 높은 여과처리 효율을 지속적으로 유지할 수 있다.
또한, 공기와 물의 혼합물을 역세척에 이용하므로 여과층을 구성하는 부상성 여재 전반에 걸쳐 균일하고 효율적인 역세가 가능하며, 여과 지속시간의 증대와 여과 수질을 개선할 수 있고, 역세 시 처리조 내에 물을 역세수로 활용함으로써 외부에서 세척수(수돗물)를 끌어들여 역세하는 방식에 비해 유지관리에 소요되는 비용이 크게 줄어 경제성 측면에서도 유리하다.
더욱이, 부유 가능한 경량의 여재를 사용함으로써 여재 교체와 같은 추후 유지관리에 있어 용이성을 확보할 수 있고, 본격적인 여과처리에 앞서 전처리조를 통한 협잡물 포집 및 자연침강 방식의 침전여과와 같은 전처리에 의해 여과처리조에 걸리는 여과부하를 극히 줄일 수 있어 높은 품질의 여과처리 상태를 장시간 지속적으로 유지할 수 있다.
또한, 필요에 따라 여과층을 2단으로 구성하고 입상여재의 입경을 달리하는 경우 여재의 조기 폐색을 방지할 수 있어 수중의 오염물 제거효율을 극대화할 수 있고, 역세공기 분사 시 주변의 압력강하를 이용하여 물을 자연스럽게 끌어들여 공기와 물을 동시에 분출하는 노즐의 적용으로 별도의 역세펌프 없이도 블로워만으로 강력한 역세효과를 기대할 수 있다.
더하여, 최종 여과 처리된 처리수의 배출을 위한 유출관의 입구 주변을 역류방지배플이 일정 높이로 둘러싸도록 구성됨으로써, 하천이나 저류지 등 수계의 수위가 상승하여 역류하는 경우 유출관을 통한 각종 협잡물 유입을 효과적으로 방지할 수 있고, 결국 역류 시 유입되는 협잡물로부터 여과처리조 내 여과층을 안전하게 보호할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 전처리조 15 : 제1 격벽
20 : 여과처리조 25 : 제2 격벽
30 : 수처리조
100 : 유입관 110 : 전처리 스크린
130 : 배수펌프 140 : 배관
200 : 개구부 210 : 여과층
212 : 입상여재 220a : 상부 다공판
220b : 하부 다공판 220c : 중앙 다공판
240 : 역세배관 250 : 역세노즐
260 : 여과처리조 바닥 270 : 블로워
300 : 유출관 310 : 역류방지배플

Claims (10)

  1. 비점오염원의 저감을 위해 지하에 매립되는 입체형 구조물로서,
    초기우수가 유입되는 유입관이 연결되고, 유입관을 통해 유입되는 초기우수에 포함된 협잡물 제거를 위한 전처리 스크린과, 잔류수 및 역세척수 배출을 위한 배수펌프 및 배관이 설치된 전처리조;
    입상여재에 의해 일정 두께로 여과층이 형성되며, 전처리조를 거친 1차 처리수가 아래로부터 유입되고 상기 여과층을 통과하는 상향류식 여과로서 1차 처리수에 포함된 미세고형물을 걸러내는 여과처리조; 및
    상기 여과처리조를 거친 처리수가 저류되고, 저류된 처리수의 외부 방류를 위한 유출관이 연결되며, 상기 유출관의 입구 주변을 일정 높이로 둘러싸는 역류방지배플을 구비한 처리수조;를 포함하며,
    상기 입상여재는 물보다 비중이 가벼운 부상성 입상여재이며,
    상기 여과층 상하부에 각각 상기 입상여재의 입경보다 공경이 작은 다공판이 설치되며,
    역세공기 공급을 위한 역세배관이 상기 여과층 하부에 배치되고, 역세배관에 상기 역세공기 분사를 위한 역세노즐이 설치되되,
    상기 역세노즐은,
    역세공기 분사를 위한 노즐관과;
    상기 노즐관보다 높게 노즐관 주위를 둘러싸며, 둘레면에 상기 물이 유입되는 홀을 형성한 외부관과;
    상기 외부관의 상단부에 설치되며, 하부 둘레부를 따라 개구부가 형성되고, 내부에는 역세공기 및 물에 회전력을 부여하는 베인(Vane)을 구비한 원추형 노즐갓;으로 구성됨을 특징으로 하는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리조와 여과처리조는 제1 격벽으로 구분되고,
    상기 여과처리조와 처리수조는 제2 격벽으로 구분되며,
    상기 제1 격벽 하단의 개구부를 통해 1차 처리수가 상기 여과처리조로 유입됨을 특징으로 하는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 격벽은 여과층 최상부보다 일정 높이 이상 높게 형성되며,
    상기 여과층을 통과하면서 미세고형물이 제거된 처리수는 상기 제2 격벽을 넘어 처리수조로 유입됨을 특징으로 하는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 여과처리조 바닥이 상기 개구부 쪽으로 경사진 것을 특징으로 하는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 여과층은, 하부 여과층과 상부 여과층으로 구성되고,
    상기 하부 여과층에 비해 상부 여과층의 입상여재 입경이 작은 것을 특징으로 하는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 여과층 하부와 하부 여과층과 상부 여과층 사이, 그리고 상부 여과층 상부에 다공판이 설치됨을 특징으로 하는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 역세배관은 여과처리조 외부의 역세공기공급장치와 연결됨을 특징으로 하는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐관은 상부로 갈수록 관경이 작아지도록 구성되어 노즐관과 상기 외부관 사이에 유동공간이 형성되며,
    상기 유동공간의 하부영역과 연통되는 위치에 상기 홀이 있어,
    상기 노즐관의 출구를 통해 빠른 속도로 배출되는 역세공기에 의해 상기 유동공간의 내부압력이 하강하고, 상기 홀을 통해 물이 빨려 들어와 공기와 함께 물이 상기 노즐갓 측으로 빠르게 유동됨을 특징으로 하는 부상성 입상여재를 이용한 여과형 비점오염저감시설.
  10. 삭제
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