JP2009533214A - フレキシブル・フィルタ・モジュールを用いた精密濾過装置 - Google Patents

Abstract

濾過装置を開示する。該濾過装置は、外部から供給される源水を内部に流入させることができるように、内周面及び外周面を貫通する多数の源水流入孔が設けられている外筒部材と、外筒部材の内部に配され、内周面及び外周面を貫通する多数の濾過水流入孔が設けられている内筒部材と、外筒部材及び内筒部材の間に配され、源水流入孔を介して流入する源水を濾過させて濾過水にする濾過材と、外筒部材の下部外側に源水流入孔を取り囲むように配され、源水流入孔を互いに連通させる環形の内部空間を形成し、源水を内部空間に流入させるための源水流入口を有する下部リング管と、濾過材を経た濾過水が濾過水流入孔を介して内筒部材の内部に流入した後、外筒部材の側方に流出されるように、一端部は内筒部材に接続され、他端部は外筒部材の側面を径方向に貫通する濾過水排出管とを備えて構成される。これにより、該濾過装置には、汚染されている源水の濾過効率が高まるという効果がある。
【選択図】図３

Description

本発明は濾過装置に係り、さらに詳細には、河川水、地下水、地表水及び上水などに残存する浮遊固形物質、藻類、微細粒子などを効率的に処理できるように構造の改善された濾過装置に関する。

河川水、地下水、地表水などを飲料水用上水に使用するためには、河川水や地下水などに残存する浮遊固形物質（suspended solid）、藻類（algae）、微細粒子（particle size）などを除去する上水処理工程が要求される。

上水処理工程は、現在まで凝集、沈殿後に濾過工程が適用されており、かような処理系統は、１００年以上行ってきている在来式工程ということができる。上水処理工程内の濾過工法のうち、緩速濾過工程（濾過速度５〜１０ｍ／ｄ）は、比較的水質が良好な地表水に適用され、砂層内で生物膜による吸着と化学的作用とにより浄化する方法である。かような比較的遅い濾過速度は、急速に増加する人口と水質汚染とに対する対処を不可能にするので、急速濾過工程の導入は必須であり、現在韓国浄水場の約８０％が該工程を採択すると知られている。

しかしながら、かような上水処理工程は、凝集、沈殿後の濾過工程をいずれも経てこそ、河川水や地表水などを上水に活用できるために、長時間がかかって上水工程の効率を落とすことになる。

従って、上水処理工程にかかる工程時間を短縮させることができ、同時に上水工程の効率を高めることができる濾過装置開発の必要性が提起されている。

本発明は、前記のような必要性によって案出されたものであり、本発明の目的は、汚染している流体に対する濾過効率を高めることができる精密濾過装置を提供しようとするところにある。

本発明は、前記のような目的を達成するためのものであり、本発明は、外部から供給される源水を内部に流入させることができるように、内周面及び外周面を貫通する多数の源水流入孔が設けられている外筒部材と、前記外筒部材の内部に配され、内周面及び外周面を貫通する多数の濾過水流入孔が設けられている内筒部材と、前記外筒部材及び内筒部材の間に配され、前記源水流入孔を介して流入される源水を濾過させて濾過水にする濾過材と、前記外筒部材の下部外側に前記源水流入孔を取り囲むように配され、前記源水流入孔を互いに連通させる環形の内部空間を形成し、前記源水を前記内部空間に流入させるための源水流入口を有する下部リング管と、前記濾過材を経た濾過水が前記濾過水流入孔を介して前記内筒部材の内部に流入された後、前記外筒部材の側方に流出されるように、一端部は前記内筒部材に接続され、他端部は前記外筒部材の側面を径方向に貫通する濾過水排出管とを備えて構成されることを特徴とする。

前記濾過水排出管は、前記内筒部材の円周方向に複数設けられることが望ましい。

本発明には、前記外筒部材の上部外側に、前記複数の濾過水排出管を取り囲むように配され、前記複数の濾過水排出管を互いに連通させる環形の内部空間を形成し、前記内部空間に連結される濾過水排出口を有する上部リング管が備わることが望ましい。

そして本発明は、前記外筒部材内の前記濾過材に吸着された浮遊物質を脱離させ、前記濾過材を洗浄するための洗浄水流入管と、前記濾過材を洗浄した洗浄水が排出される洗浄水排出管とをさらに具備し、前記外筒部材内に流入される洗浄水に空気が供給されるように、前記外筒部材内部に空気を流入させるための空気流入管をさらに具備することが望ましい。

前記洗浄水流入管は、前記下部リング管の源水流入口に接続され、前記空気流入管は、前記外筒部材の下端部に接続され、前記洗浄水排出管は、前記外筒部材の上端部に接続されることが望ましい。

前記濾過材は、多数個の柔軟性ファイバであり、前記外筒部材の下部には、前記濾過材である柔軟性ファイバの下端部を固定支持する固定板が設けられ、前記固定板には、前記空気流入管を介して流入される空気を、前記外筒部材の内部に流入させるための複数個の空気流入孔が形成されていることが望ましい。

前記のような構成を有する本発明による濾過装置には、次のような効果が期待される。

すなわち、本発明は、外筒部材の内部中央に内筒部材を配し、外筒部材及び内筒部材の間に濾過材を配することによって、１つのユニットで濾過工程及び洗浄工程を行うこととなる。従って、本発明による濾過装置は、動作のために必要な空間が小さくて済み、しかも濾過効率を高めることができるという長所を有する。

そして本発明には、外筒部材と下部リング管との間に環形の内部空間が形成されるように、外筒部材の下部外側に配される下部リング管が備わることによって、源水が内部空間を介して外筒部材の内部に均一に分散して流入され、流体抵抗が低下して流体速度が増大し、濾過効率が高まるという長所がある。

また本発明は、濾過材を洗浄させるための洗浄水と圧縮空気とが外筒部材の下部から鉛直上方に流れることができるように、洗浄水排出管を上端部に接続させており、さらに濾過水排出管が外筒部材の側面を径方向を貫通するように配されていることから、洗浄水の濾過抵抗が低下して洗浄工程の効率が高まることとなり、洗浄工程が効率的になされることによって、濾過工程の効率も高まることとなる長所を有する。

以下、本発明による濾過装置の望ましい実施形態について、添付された図面を参考にしつつ詳細に説明する。

図１は、本発明による濾過装置が採用された上水処理装置を概略的に示した使用状態図であり、図２は、本発明による濾過装置の望ましい実施形態を示した正面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、図４は、図２のＶ−ＩＶ断面図であり、図５は、図２のＶ−Ｖ断面図であり、図６は、図２のＶＩ−ＶＩ断面図である。

これら図面に図示されたところによれば、本発明によるフレキシブル・フィルタ・モジュール精密濾過装置（以下、「濾過装置」という）には、外筒部材１１０、内筒部材１２０、濾過材、下部リング管１４０及び濾過水排出管１５０が備わる。

前記外筒部材１１０は中空の筒状であり、内周面及び外周面を貫通する多数の源水流入孔１１０ａが設けられている。前記源水流入孔１１０ａは、前記外筒部材１１０の下部に設けられ、外部から供給される源水を前記外筒部材１１０の内部に流入させるためのものである。ここで外部とは、源水槽１をいい、前記源水槽１には、上水処理される源水が収容されており、前記外筒部材１１０は、後述する下部リング管１４０を介して前記源水槽１と連結されている。

このように、外筒部材１１０に源水流入孔１１０ａが設けられることによって、前記源水が前記源水流入孔１１０ａを介して外筒部材１１０の内部に均一に流入することになる。

一方、本実施形態で、前記外筒部材１１０の下端部には、空気流入管１０に接続される空気流入口１１１が設けられ、その上端部には、洗浄水排出管１１に接続される洗浄水排出口１１２が設けられる。

かような外筒部材１１０の内部中央には、内筒部材１２０が配される。前記内筒部材１２０は中空の筒形状であり、内周面及び外周面を貫通する多数の濾過水流入孔１２０ａが設けられている。

前記内筒部材１２０の最下の濾過水流入孔１２０ａは、前記外筒部材１１０の最上の源水流入孔１１０ａより下側に位置することが望ましい。これにより、前記外筒部材１１０の内部に流入した源水が内筒部材１２０の内部に円滑に迅速に流入する。

前記外筒部材１１０と内筒部材１２０との間には、濾過材が配される。前記濾過材は、前記源水流入孔１１０ａを介して流入する源水を濾過させる役割を行う。すなわち、前記源水は、その源水に含まれている浮遊物質や微細粒子などが前記濾過材によって捕獲されて濾過水となる。かような濾過水は、前記内筒部材１２０の濾過水流入孔１２０ａを介して内筒部材１２０の内部に流入する。

本実施形態で前記濾過材は、多数個の柔軟性ファイバ１３０である。前記柔軟性ファイバ１３０は、柔軟性と伸縮性とを有し、かつ適当な表面粗度を有する。前記柔軟性ファイバ１３０の太さは、除去目標とする水中浮遊物質粒子の大きさによって調節されうる。

かような柔軟性ファイバ１３０は、その下端部が前記固定板１７０に設けられている多数のファイバ固定口１７０ａに固設され、その上端部がどこにも固定されていない自由状態に放置されるように設置される。

一方、前記下部リング管１４０は、前記外筒部材１１０の下部外側に前記源水流入孔１１０ａを取り囲むように配され、前記源水流入孔１１０ａを互いに連通させる環形の内部空間１４０’を形成する。

そして、前記下部リング管１４０は、前記源水を前記内部空間１４０’に流入させるための源水流入口１４０ａを有する。ここで、前記源水流入口１４０ａは、源水槽１に収容されている源水の移動経路を提供する源水流入管３と、前記柔軟性ファイバ１３０を洗浄させるための洗浄水流入管７とが接続される部分である。

かような下部リング管１４０は、前記源水流入口１４０ａに流入した源水を前記外筒部材１１０の内部に均一に流入させ、前記源水の濾過効率を高める役割を行う。

前記下部リング管１４０を介して外筒部材１１０の内部に流入した源水は、前記柔軟性ファイバ１３０によって濾過されて内筒部材１２０の内部に流入した後、前記濾過水排出管１５０を介して外筒部材１１０の外部に排出される。

前記濾過水排出管１５０は、その一端部が前記内筒部材１２０に接続され、その他端部が前記外筒部材１１０の側面を径方向に貫通し、前記柔軟性ファイバ１３０を経た濾過水が前記外筒部材１１０の側方に流出することになる。

本実施形態では、前記濾過水排出管１５０が複数設けられ、前記濾過水排出管１５０は、前記内筒部材１２０の円周方向に配される。

一方、本実施形態のように、上部リング管１６０が備わることが望ましい。前記上部リング管１６０は、前記外筒部材１１０の上部外側に、前記複数の濾過水排出管１５０を取り囲むように配され、前記複数の濾過水排出管１５０を互いに連通させる環形の内部空間１６０’を形成し、前記内部空間１６０’に連結される濾過水排出口１６０ａを有する。ここで、前記濾過水排出口１６０ａは、前記濾過水を輸送させるための濾過水輸送管４が接続される部分である。

かような上部リング管１６０は、前記内筒部材１２０の内部に流入した濾過水を前記内部空間１６０’に均一に流入させ、一度に多量の流量が前記濾過水排出口１６０ａを介して流出することを防止する役割を行う。

そして本発明には、前記源水流入口１４０ａに接続される洗浄水流入管７と、前記洗浄水排出口１１２に接続される洗浄水排出管１１とが備わることが望ましい。

前記洗浄水流入管７は、前記外筒部材１１０内の前記柔軟性ファイバ１３０に吸着された浮遊物質を脱離させ、前記柔軟性ファイバ１３０を洗浄するための洗浄水の移動経路を提供する役割を行う。

前記洗浄水排出管１１は、前記柔軟性ファイバ１３０を洗浄した洗浄水を外部に排出させるためのものである。前記洗浄水としては、処理水槽５に収容される濾過水が使われることが望ましい。

そして、前記空気流入口１１１には、空気流入管１０が接続される。前記空気流入管１０は、前記外筒部材１１０内に流入する洗浄水に空気が供給されるように、前記外筒部材１１０内部に空気を流入させるためのものである。ここで、前記空気は、空気圧縮機８によって圧縮された圧縮空気をいう。前記圧縮空気は、空気保存タンク９に保存され、第４弁Ｖ４が開かれれば、前記空気流入管１０を介して前記空気流入口１１１に流入する。

前記空気流入口１１１に流入した圧縮空気は、前記固定板１７０に設けられている空気流入孔１７０ｂを介して、前記柔軟性ファイバ１３０が配されている外筒部材１１０と内筒部材１２０との間の空間に流入し、前記外筒部材１１０内部に乱流を形成する役割を行う。このように形成された乱流によって、前記柔軟性ファイバ１３０に捕獲された浮遊物質などの脱離がさらに円滑になされるのである。

一方、前記洗浄水流入管７は、前記下部リング管１４０の源水流入口１４０ａに接続され、前記空気流入管１０は、前記外筒部材１１０の下端部に接続され、前記洗浄水排出管１１は、前記外筒部材１１０の上端部に接続されることが望ましい。これにより、源水が濾過される方向と同じ方向に洗浄工程がなされるために、前記柔軟性ファイバ１３０の洗浄効率が高まることとなる。

以下では、本発明による濾過装置の濾過工程によって、本発明の作用について詳細に説明する。

源水を濾過させる濾過工程では、第１弁Ｖ１及び第２弁Ｖ２だけが開いており、第３弁Ｖ３、第４弁Ｖ４及び第５弁Ｖ５、第６弁Ｖ６は閉じられている。

この状態で第１ポンプ２を稼動させれば、源水槽１に収容されている源水が源水流入管３を介して源水流入口１４０ａに流入する。前記源水流入口１４０ａに流入した源水は、図３に図示されているように、下部リング管１４０と外筒部材１１０との間に設けられる内部空間１４０’に均一に流入した後、前記外筒部材１１０の源水流入孔１１０ａを介して外筒部材１１０の内部に流入する。

前記外筒部材１１０の内部に流入した源水は、濾過材である多数の柔軟性ファイバ１３０によって濾過されて濾過水になった後、前記内筒部材１２０の濾過水流入孔１２０ａを介して内筒部材１２０の内部に流入し、内筒部材１２０の上端部に接続されている濾過水排出管１５０を介して、外筒部材１１０と上部リング管１６０との間に設けられる内部空間１６０’に均一に流入する。

本実施形態では、前記濾過水排出管１５０が複数設けられており、濾過水が大きい抵抗を受けずに、前記上部リング管１６０の濾過水排出口１６０ａに円滑に流出しうる。

前記濾過水排出口１６０ａを介して流出した濾過水は、濾過水輸送管４を介して処理水槽５に収容される。このように、前記処理水槽５には濾過水が収容されており、前記処理水槽５に収容された濾過水を飲料水用など、多様な用途に使用できる。

前述の濾過工程で述べたように、下部リング管１４０が外筒部材１１０の下部を取り囲むように配されることによって、源水が外筒部材１１０内に円滑に流入し、上部リング管１６０が外筒部材１１０の上部を取り囲むように配されることによって、濾過水が外筒部材１１０の外部に円滑に流出する。従って、本発明には、源水の濾過抵抗が低下して濾過効率が高まるという長所がある。

そして前記内筒部材１２０は、内筒部材１２０の最下側の濾過水流入孔１２０ａが外筒部材１１０の最上側の源水流入孔１１０ａの下側に位置するように、前記外筒部材１１０の内部中央に配されることによって、外筒部材１１０の下部に流入した源水が柔軟性ファイバ１３０を経た直後に内筒部材１２０の下部に流入する。従って、本発明には、濾過速度が増大して濾過抵抗が低下して濾過効率が高まるという長所がある。

前記の通りに濾過工程が続けば、柔軟性ファイバ１３０に微細浮遊物質捕獲量が増加し、これによって濾過抵抗は増加して濾過速度は小さくなり、結局、濾過水量が減少することになる。このとき、濾過水量が設定された目標水量以下に減少したり、または濾過圧力が設定された値以上になったり、あるいは既設定の濾過持続時間に達すれば、前記柔軟性ファイバ１３０を洗浄するための洗浄工程が行われる。

以下では、本発明による濾過装置の洗浄工程による作用について詳細に説明する。

柔軟性ファイバ１３０を洗浄するための洗浄工程では、第１，２，６弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ６が閉じられており、第５弁Ｖ５が開いており、第３弁Ｖ３、第４弁Ｖ４は交互に開かれて閉じられる。本実施形態で、洗浄水としては、処理水槽５に収容された濾過水が使われる。

第２ポンプ６を稼動させれば、前記洗浄水が洗浄水流入管７を介して源水流入口１４０ａに流入した後、外筒部材１１０と内筒部材１２０との間に設けられる空間に流入する。このように、洗浄水が前記空間に一定量流入すれば、自動的に前記第３弁Ｖ３が閉じられ、第４弁Ｖ４が開かれる。

前記第４弁Ｖ４が開くことにより、空気保存タンク９に保存されている圧縮空気は、空気流入管１０を介して空気流入口１１１に流入した後、固定板１７０に形成された空気流入孔１７０ｂを介して、前記外筒部材１１０と内筒部材１２０との間の空間に流入する。

このように、洗浄水と圧縮空気とが交互に前記外筒部材１１０と内筒部材１２０との間の空間に流入することによって、前記空間には、乱流がさらに大きく形成される。従って、前記乱流によって剪断力（shear force）が発生し、前記剪断力によって、前記柔軟性ファイバ１３０に捕獲された浮遊物質などの脱離が短時間内になされることになる。

前記柔軟性ファイバ１３０から脱離した浮遊物質は、洗浄水に混ざって濃縮液形態になり、洗浄水排出管１１を介して外部に排出される。

一方、本実施形態で洗浄工程時に、洗浄水は、前記処理水槽５に保存されている濾過水を利用することが望ましいが、前記源水を洗浄水として使用できることはいうまでもない。

前述の洗浄工程で述べたように、前記外筒部材１１０と内筒部材１２０との間に柔軟性ファイバ１３０が配されており、前記柔軟性ファイバ１３０を洗浄した後に脱離した浮遊物質などが前記内筒部材１２０の内部に流入することが抑制される。従って、前記洗浄工程が行われた後で濾過工程がさらに行われるとき、前記浮遊物質などが前記内筒部材１２０の内部に流入した後で処理水槽５に流入することが抑制される。

そして、前記柔軟性ファイバ１３０を洗浄するための洗浄水と圧縮空気は、外筒部材１１０の下部に流入し、外筒部材１１０の上端部に設けられた洗浄水排出口１１２を介して外部に排出される。従って、前記洗浄工程時に流体抵抗が小さくなり、洗浄工程が効率的になされることになる。

一方、前記洗浄工程がなされるときには、図７に図示されているように、洗浄水と圧縮空気とがそれぞれ外筒部材１１０の下部に流入した後、鉛直上方に排出される。これにより、前記洗浄水と圧縮空気との流体抵抗が減って流体速度が増大し、洗浄工程の効率が高まることになる。

かような本発明の長所は、洗浄水流入管７と空気流入管１０とをそれぞれ前記外筒部材１１０の下部側に接続させ、前記洗浄水排出管１１を外筒部材１１０の上端部側に接続させる構造によるものである。そして本発明は、かような長所を引き出すために、前記内筒部材１２０の内部に流入した濾過水が前記外筒部材１１０の上部側方に流出する構造に設計されたのである。

前述のように、洗浄工程が行われれば、前記柔軟性ファイバ１３０から脱離した微細浮遊物質のうち、極少量が前記濾過水流入孔１２０ａを介して内筒部材１２０の内部に流入する。このように、内筒部材１２０の内部に微細浮遊物質などが残留している状態で、濾過工程が行われれば、前記微細浮遊物質などが処理水槽５に収容されて水質が落ちる。

従って、前記洗浄工程を行った後で濾過工程が行われる前に、前記第３，４，５弁Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５が自動的に閉じられ、第６弁Ｖ６が自動的に開けられる。前記第６弁Ｖ６が開くことにより、前記内筒部材１２０の内部に残留した微細浮遊物質は、残存浮遊物質排出管１２を介して外部に排出される。

これにより、さらに濾過工程が行われるが、このとき、第１，２弁Ｖ１，Ｖ２が自動的に開かれ、第３，４，５，６弁Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６が自動的に閉じられることになる。前記第１，２弁Ｖ１，Ｖ２が開かれれば、前述のような濾過工程が行われる。

一方、図８は、本発明による濾過装置の他の実施形態を示した斜視図である。ここに図示されたところによれば、濾過水排出管１５０が複数設けられる実施形態とは異なり、１つの濾過水排出管５００が設けられており、上部リング管１６０も備わっていない。残り構成及び基本的な機能は、前述の実施形態と同じであるので、これ以上の説明は省略する。

本発明は、以上で説明した実施形態に限定されずに、特許請求の範囲に記載されたところによって定義され、本発明が属する技術分野で多様な変形と改作とが可能であることは自明である。

本発明による濾過装置を概略的に示した使用状態図である。 本発明による濾過装置の望ましい実施形態を示した正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図２のＶ−Ｖ断面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ断面図である。 本発明による濾過装置の洗浄工程を示した図面である。 本発明による濾過装置の他の実施形態を示した断面図である。

Claims (7)

1. 外部から供給される源水を内部に流入させることができるように、内周面及び外周面を貫通する多数の源水流入孔が設けられている外筒部材と、
   前記外筒部材の内部に配され、内周面及び外周面を貫通する多数の濾過水流入孔が設けられている内筒部材と、
   前記外筒部材及び内筒部材の間に配され、前記源水流入孔を介して流入される源水を濾過させて濾過水にする濾過材と、
   前記外筒部材の下部外側に前記源水流入孔を取り囲むように配され、前記源水流入孔を互いに連通させる環形の内部空間を形成し、前記源水を前記内部空間に流入させるための源水流入口を有する下部リング管と、
   前記濾過材を経た濾過水が前記濾過水流入孔を介して前記内筒部材の内部に流入された後、前記外筒部材の側方に流出されるように、一端部は前記内筒部材に接続され、他端部は前記外筒部材の側面を径方向に貫通する濾過水排出管とを備えて構成される濾過装置。
2. 前記濾過水排出管は、前記内筒部材の円周方向に複数設けられる請求項１に記載の濾過装置。
3. 前記外筒部材の上部外側に、前記複数の濾過水排出管を取り囲むように配され、前記複数の濾過水排出管を互いに連通させる環形の内部空間を形成し、前記内部空間に連結される濾過水排出口を有する上部リング管を具備する請求項２に記載の濾過装置。
4. 前記外筒部材内の前記濾過材に吸着された浮遊物質を脱離させ、前記濾過材を洗浄するための洗浄水流入管と、
   前記濾過材を洗浄した洗浄水が排出される洗浄水排出管とをさらに具備する請求項１に記載の濾過装置。
5. 前記外筒部材内に流入される洗浄水に空気が供給されるように、前記外筒部材内部に空気を流入させるための空気流入管をさらに具備する請求項４に記載の濾過装置。
6. 前記洗浄水流入管は、前記下部リング管の源水流入口に接続され、前記空気流入管は、前記外筒部材の下端部に接続され、
   前記洗浄水排出管は、前記外筒部材の上端部に接続される請求項５に記載の濾過装置。
7. 前記濾過材は、多数個の柔軟性ファイバであり、
   前記外筒部材の下部には、前記濾過材である柔軟性ファイバの下端部を固定支持する固定板が設けられ、
   前記固定板には、前記空気流入管を介して流入される空気を、前記外筒部材の内部に流入させるための複数個の空気流入孔が形成されている請求項５に記載の濾過装置。

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