KR100324727B1 - 유연성 섬유사를 이용한 용액속의 부유 고형물질 분리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물과 같은 액체에 함유되어 있는 부유 고형물질을 회수, 제거, 농축하기 위한 분리장치 및 분리방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 농축 탈리 슬러지 배출구(3)또는 공기배출구(22)가 부착되어 있는 고형물질 분리조(1)에 처리액 또는 미세한 고형물질을 함유한 원액을 이송하는 펌프(2)를 설치하고, 다수의 미세한 굵기의 섬유사(8)가 부착된 1개 또는 그 이상의 다공관 또는 다공판(5)을 펌프(2)의 흡입부 또는 토출부에 연결하여 고형물질 분리조(1) 또는 밀폐형 분리조(1')에 침적시키고, 또 콤프레셔(6)와 세척액 공급 노즐(31) 등으로 구성된 세척시설을 다공관 또는 다공판(5)에 연결한 것을 특징으로 한 분리장치이다.

본 발명은 유연성과 신축성이 있는 미세한 굵기의 섬유사(8)를 이용하여 미세한 부유 고형물질을 포획할 수 있는 다양한 크기의 수많은 공극을 입체적으로 집적시키고, 또 이 공극의 크기는 외부에서 가하는 압력의 정도와 방향에 따라 팽창과 수축할 수 있도록 설계하여 용액속의 다양한 크기의 고형물질 입자를 매우 효과적으로 분리할 수 있을 뿐만 아니라 공극에 포획된 고형물질과 섬유사(8)에 부착된 고형물질을 쉽게 탈리시켜 배제할 수 있는 특징을 지니고 있다.

또 본 발명은 미세한 굵기의 다수의 섬유사(8) 및 장 섬유사(27)로 형성된 공극에 미생물이 부착되거나 포획되어 성장할 수 있기 때문에 미생물의 배양 및 분리장치로도 이용될 수 있는 특징을 지니고 있다.

Description

유연성 섬유사를 이용한 용액속의 부유 고형물질 분리장치{Separating apparatus of suspended solid in liquid solution using flexible fiber}

본 발명은 오폐수 등에 함유되어 있는 부유 고형물질의 제거와 용액 중에 분산된 침전물질 또는 결정과 같은 미세 부유 고형물질 형태의 제품을 회수할 수 있는 분리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 오폐수 등이 유입되는 부유 고형물질 분리조 속에 다수의 유연하고 신축성이 있는 섬유사 및 장 섬유사를 밀적시켜 장착한 1개 이상의 다공관 또는 다공판을 침적시켜 오폐수 등에 함유되어 있는 부유 고형물질을 효과적으로 제거하고 섬유사에 부착 또는 섬유사 사이의 공극에 포획된 고형물질을 쉽게 탈리할 수 있도록 한 유연성 섬유사를 이용한 용액속의 부유 고형물질 분리장치를 제공코자 하는 것이다.

오폐수 등에 함유되어 있는 부유 고형물질을 제거하기 위한 방법에는 중력을 이용한 침전 또는 부상분리, 원심분리, 막분리, 여과분리 등이 알려져 있다.

중력을 이용한 침전 또는 부상분리법은 근본적으로 1차 처리 또는 2차 처리에 적용하는 기술이기 때문에 일정 수준 이상의 고형 물질의 제거 효율을 기대하기는 불가능하다.더욱이 유입수의 수질과 수량의 변동에 대처할 수 있는 능력이 부족하기 때문에 부하변동이 심한 경우에는 다량의 고형 물질이 제거되지 못하고 처리수와 함께 유출되어 환경법적으로 규제 대상이 되는 경우가 종종 발생하였다.

원심분리는 주로 화학공정에서 사용되는 방법으로 대용량에는 부적절하고 유지 관리비용이 높은 단점이 있다.

막분리법은 해수의 담수화, 폐수의 재사용 등 고도의 처리수를 얻을 것을 목적으로 적용하는 기술이며, 공극이 매우 작은 막에 고압 또는 고진공을 적용시키기 때문에 고형 물질은 물론이고 용존 고형물질까지 제거할 수 있는 장점이 있는 반면 과도한 운영비가 소요되는 단점이 있다.

여과에 의한 고형 물질 제거방법에는 모래 등을 이용한 칼럼여과방식과 고정망목을 이용한 여포여과로 구분할 수 있다.이러한 여과방식은 주로 침전 또는 부상분리법에 의한 처리수가 법적인 기준을 만족하지 못했을 때 이를 보완하기 위하여 적용하거나 2차 처리수를 재사용하고자 할 때에 적용하는 기술이다. 또 정수처리장에서 응집 침전된 처리수 중에 남아 있는 고형 물질을 제거하기 위하여 사용하는 기술이다.그러나 칼럼여과방식은 고형 물질의 제거 효율은 좋으나 여과시설에 유입되는 고형 물질의 농도가 너무 높으면 여과재의 역세척 주기가 짧아지는 등의 운전상의 문제점이 발생하므로 유입수의 고형물질 농도가 매우 낮은 정수공정 또는 하, 폐수의 최종 처리수 여과에만 주로 적용하는 한계가 따른다.여포여과방식은 주로 고형 물질의 농도가 매우 높은 슬러지의 탈수공정 또는 액상 화학반응에서 생성되는 고형 제품의 회수공정에 이용되고 있으나, 세척주기가 매우 짧아 세척수 사용량이 많을 뿐만 아니라 여액 중의 고형물 농도가 높아 공정상의 효율을 저하시키고 수환경을 악화시키는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 칼럼여과 및 여포여과 방식에서 나타나는 여러 가지 단점을 보완, 개선하여 물을 비롯한 용액중의 부유 고형물질을 효과적으로 분리, 회수하는데 특징이 있다.또한, 본 발명은 미생물의 성장 공간을 제공하고 미생물의 분리를 효과적으로 수행하여 생물학적 수처리 공정을 간소화하고 처리수의 수질을 향상시켜 오폐수의 재활용에 기여하는데도 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유연성과 신축성이 있는 미세한 굵기의 섬유사 및 장섬유사와 다공관을 이용하여 부유 고형물질을 부착 및 포획할 수 있는 다양한 크기의 수많은 공극을 입체적으로 집적시키는 것과, 이 공극의 크기를 외부에서 가하는 압력의 정도와 방향에 따라 팽창과 수축할 수 있도록 하여 용액속의 매우 미세한 부유 고형물질을 비롯한 다양한 크기의 부유 고형물질을 효과적으로 분리할 수 있도록 하며, 섬유사에 부착한 고형물질과 공극에 포획된 고형물질을 쉽게 탈리시켜 배제할 수 있도록 하여 수처리 분야를 비롯한 각종 용액중의 부유 고형물질을 효과적으로 분리할 수 있는 기술을 향상시켜 분리기술을 향상시키고 보다 쾌적한 수환경을 조성하려는 것이다.

또 미세한 굵기의 섬유사 및 장 섬유사로 형성된 공극에 미생물이 부착되거나 포획되어 성장할 수 있는 환경을 조성하여 미생물의 배양 및 분리장치로도 이용될 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 분리장치의 바람직한 일실시예를 보인 전체 구성도

도 2는 본 발명의 밀폐형 분리장치를 보인 구성도

도 3은 본 발명의 분리장치를 보인 확대도도 3a는 본 발명의 분리장치인 다공관에 섬유사를 부착하는 과정을 보인 공정도

도 4는 본 발명의 분리장치인 다공관에 섬유사가 방사상으로 부착된 상태를 보인 평면도

도 5는 본 발명의 요부인 섬유사가 부착된 다공관의 확대 단면도

도 6은 본 발명의 요부인 섬유사가 부착된 다공관의 확대 평면도

도 7은 본 발명에 사용되는 농축케이스의 단면도

도 8은 본 발명의 다공관에 피스톤을 부착한 분리장치를 보인 단면도

도 9는 도 8의 가압팽창 및 감압수축시 종단면도

☞도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명☜

1: 분리조 1': 밀폐형 분리조

2: 처리액 흡입 또는 원액 토출 펌프 3: 농축 탈리 슬러지 배출구

5: 다공관 6: 콤프레셔

7: 방류조 8: 섬유사

9: 분리조 청소시 배출구 10: 원액 저류조

11: 농축 탈리 슬러지 배출 밸브 12: 콤프레셔 세척라인 밸브

13: 세척액 공급 밸브 14: 처리액 배출 밸브

15: 원액 공급 밸브 16: 분리조 청소시 배출구의 밸브

17. 농축용 케이스 18: 신축성 링

19: 농축케이스 다이아 프램 20: 농축용 케이스의 개폐구

22: 밀폐형 분리조의 공기 배출구

23: 밀폐형 분리조의 공기 배출 밸브

24: 장 섬유사 고정용 망 또는 지지체 25: 세로 섬유사 고정구

26: 장 섬유사 고정구 27: 장 섬유사

28: 장 섬유사 고정용 세로 섬유사 29: 처리액 여과부

30: 미생물 부착, 포획, 성장부 31: 세척액 공급 노즐

32: 피스톤펌프 다이아 프램 33: 피스톤

34: 피스톤하우스 35: 처리수 배출구

본 발명은 물을 비롯한 용액중의 부유 고형물질을 제거하기 위한 고형물질 분리조(1), 부유 고형물질을 함유한 원액을 이송하는 펌프(2), 펌프(2)의 흡입부 또는 토출부에 연결되어 있고 고형물질 분리조(1)에 침적되어 있는 다수의 미세한 굵기의 섬유사(8) 및 장 섬유사(27)를 밀적시킨 1개 이상의 다공관(5) 또는 다공판(이하 '다공관'이라 통칭한다), 그리고 섬유사(8)에 부착되어 있거나 섬유사(8)와 섬유사(8)의 사이의 공간에 포획된 고형물질을 탈리시키기 위한 세척액 공급 노즐(31) 및 콤프레셔(6) 등을 갖춘 세척시설로 구성된다. 이를 이하에 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 발명은 물을 비롯한 용액중의 부유 고형물질을 제거하기 위한 것으로서, 농축 탈리 슬러지의 배출구(3)와 부착되어 있는 고형물질 분리조(1), 부유 고형물질을 함유한 원액을 이송하는 펌프(2), 펌프(2)의 흡입부 또는 토출부에 연결되어 있고 고형물질 분리조(1)에 침적되어 있는 다수의 미세한 굵기의 섬유사(8) 및 장 섬유사(27)를 도 3a에서 보는 바와 같이 신축성 링(18) 등을 이용하여 다공관(5)에 결속한 후 방사상으로 전개시켜 다단으로 밀적(密積)시켜 부착한 1개 이상의 다공관(5), 그리고 섬유사(8)에 부착되어 있거나 섬유사(8)와 섬유사(8)의 사이의 공간에 포획된 고형물질을 탈리시키기 위한 콤프레셔(6)와 세척액 공급 노즐(31) 등으로 구성된 세척시설로 구성되어 있다.본 발명의 장치를 생물반응조에 설치하려면 도 5와 같이 농축용 케이스(17) 대신 섬유사(8) 및 장 섬유사(27)가 부착된 다공관(5)을 미생물 성장부의 섬유사 고정용 망 또는 지지체(24)를 씌운다.상기 다공관(5)에 섬유사(8)를 고정시킬 때 섬유사(8)의 길이를 달리하여, 다공관(5)에서 섬유사 고정용 망 또는 지지체(24)로 갈수록 섬유사(8)의 충진 밀도의 감소가 더욱 커지도록 설치한다.따라서 섬유사(8)의 충진 밀도가 높은 다공관(5) 또는 다공판(5) 부근의 공간은 처리수 여과부(29)로 사용하고 섬유사 고정용 망 또는 지지체(24)에 가까운 공간은 미생물의 부착, 포획, 성장을 위한 성장부(30)로 사용할 수 있다.상기 섬유사(8)는 유연하고 신축성이 있는 가는 섬유사를 사용하기 때문에 미생물의 성장 공간을 균일하게 유지시켜주기 위하여 장 섬유사(27)는 장 섬유사 고정용 세로 섬유사(28)와 고정용 망 또는 지지체(24)에 고정시켜둔다.

한편, 상기 분리조(1)가 펌프(2)의 흡입부에 설치된 경우의 부유 고형물질의 분리공정은,

분리조(1) 청소시 배출구(9)의 밸브(16), 농축 탈리 슬러지의 배출구(3)의 밸브(11), 콤프레셔(6)의 세척라인 밸브(12), 세척액 공급 노즐(31)의 세척액 공급 밸브(13)를 닫고, 원액 공급 밸브(15) 및 처리액 배출 밸브(14)를 연 상태에서 펌프(2)를 가동시키면 부유 고형물질을 함유하고 있는 원액은 순차적으로 분리조(1)내에 도입되고 농축용 케이스(17)의 상하부에 뚫려 있는 개폐구(20)에 부착된 다이아 프램(19)이 열려 농축용 케이스(17)의 내부로 유입된 다음, 원액은 다수의 섬유사(8)로 구성되어 있는 여과부(29)를 통과하여 다공관(5)을 거쳐 배출된다.이 때 원액 중의 부유 고형물질은 다수의 섬유사(8)에 의하여 형성된 공극과 섬유사(8)에 포획되거나 부착되고, 다공관(5)에는 맑은 처리수 또는 매우 묽은 상태의 용액만 통과한다.

원액 중의 입경이 비교적 크고 밀도가 높은 입자는 분리조(1)내에서 침전 분리되고, 나머지 미세 고형물질은 다수의 섬유사(8)가 일반적인 여포형태와는 달리 입체형의 신축성 망상구조를 갖추고 있기 때문에 다수의 섬유사(8)에 의한 망상구조의 외부영역에서 부착 및 포획되어 분리되며, 보다 미세한 고형물 입자들은 다공관(5)의 부근에 위치한 망상구조의 내부에서 여과 분리되므로 많은 양의 고형물질을 동시에 분리·제거·농축할 수 있는 특징을 지니게 되는 것이다.일반 여포여과 방식에서는 제거된 부유 고형물질이 여포의 고정망목을 막아 세척주기를 단축시키는 원인으로 작용하며, 본 발명의 망상구조의 내부영역에서 분리되는 미세 고형물입자는 입경이 매우 작으므로 칼럼여과 방식에서는 처리가 곤란하다.그러나 본 발명에서 사용한 다수의 섬유사(8) 및 장 섬유사(27)는 다공관(5)에 신축성 링(18)에 의해 부착되어 있으므로 유연성과 신축성을 가지고 있고, 그로 인하여 망상구조가 쉽게 팽창 또는 수축하므로써 원액 중의 부유 고형물질을 분리·제거하는 능력이 탁월함과 동시에 세척주기를 연장시킬 수 있다는 특징을 지니고 있다.또, 부착 또는 포획된 고형물질을 쉽게 탈리시킬 수 있는 장점도 지니고 있으며, 또한 다공관(5)을 자바라 타입의 신축성 구조로 설치하면 공극의 신축성이 향상되어 고형물질의 분리공정과 세척공정이 한결 수월해진다.

또한, 도 2와 같이 분리조(1')가 펌프(2)의 토출부에 설치된 경우의 부유 고형물질의 분리공정은, 콤프레셔(6)의 밸브(12)와 공기 배출구(22)의 밸브(23)를 닫은 상태에서 전술한 바와 같이 조작한다.

한편, 분리조작을 계속하면 부착 및 포획된 고형물질로 인하여 수압저하현상이 생기므로 처리수량이 설계 유량에 도달하면 수압감지콘트롤시스템에 의해 세척공정으로 전환한다.

분리조(1)가 펌프(2)의 흡입부에 설치된 경우의 세척공정은, 원액 공급 밸브(15)를 닫은 상태에서 펌프(2)의 가동을 중지시키고 밸브(14)를 닫는다. 그리고 밸브(11,12,13)를 열고 콤프레셔(6)와 세척액 공급 노즐(31)을 가동시켜 섬유사(8)를 팽창시키면서 세척한다.이 때 농축용 케이스(17)에 부착된 다이아 프램(19)이 자동적으로 닫히기 때문에 고형물질이 고도로 농축된 탈리 슬러지는 배출구(3)를 통하여 배출된다.세척이 끝나면 콤프레셔(6)의 가동을 중지시키고, 밸브(11,12,13)를 닫은 후 밸브(15)를 열어 다공관(5)의 내부와 분리조(1)의 내부를 용액으로 충만시킨 다음 밸프(14)를 열어 펌프(2)를 가동시키면 분리공정으로 전환된다.

그리고 도 2와 같이 분리조(1')가 펌프(2)의 토출부에 설치된 경우의 세척공정은 다음과 같다.

이러한 경우는 흡입부에 분리조(1)가 있는 도 1과 유사하지만 분리조(1')내에 잔존하는 원액의 일부를 처리하여 다공관(5) 상부가 노출될 때까지 배출시킨 다음 세척하면 된다.세척이 끝나면 콤프레셔(6)의 가동을 중지시키고, 밸브(11,12,13)를 닫고, 밸브(14,15), 공기 배출구(22)의 밸브(23)를 열어 펌프(2)를 가동시켜 분리조(1')가 원액으로 충만해지면 밸브(23)도 닫아 분리공정으로 전환한다.

한편, 생물반응조에 본 발명의 분리장치를 이용할 경우 잉여 슬러지의 배출은 세척공정 후 농후한 반응액을 적정량 인출하면 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명은 유연성과 신축성을 갖도록 미세한 섬유사를 이용하여 미세한 부유 고형물질을 포획할 수 있는 다양한 크기의 수많은 공극을 입체적으로 집적시키고, 또 이 공극의 크기는 외부에서 가하는 압력의 정도와 방향에 따라 팽창과 수축할 수 있도록 구성함으로서, 용액속의 다양한 크기의 고형물질 입자를 매우 효과적으로 분리할 수 있을 뿐만 아니라 공극에 포획된 고형물질과 섬유사에 부착된 고형물질을 쉽게 탈리시켜 배제할 수 있는 특징을 지니고 있어, 각종 수처리 및 분리공정의 효율을 높일 수 있는 것이다.

그리고 또한 본 발명은 미세한 섬유사 및 이들 섬유사로 형성된 공극에 미생물이 부착되거나 포획되어 성장할 수 있기 때문에 본 발명은 미생물의 배양 및 분리장치로도 이용될 수 있어, 생물학적 수처리 분야 및 생물공학 분야에 기여하는 효과가 기대되는 등 그 효용가치가 매우 우수한 발명이다.

Claims (4)

1. 액체 속에 존재하는 고형물질을 분리 또는 회수할 수 있는 분리장치에 있어서;

   농축 탈리 슬러지 배출구(3)가 부착되어 있는 고형물질 분리조(1)에는 처리액 또는 미세한 고형물질을 함유한 원액이송용 펌프(2)를 연결설치하고,

   다수의 미세한 섬유사(8)가 외연부에 부착된 1개 이상의 다공관(5)을 펌프(2)의 흡입부 또는 토출부에 연결하여 고형물질 분리조(1) 또는 밀폐형 분리조(1')에 침적되도록 설치하며,

   상기 다공관(5)은 상하로 다이아 프램(19)이 설치된 개폐구(20)를 가진 농축용 케이스(17)상에 설치되고,

   상기 다공관(5)에는 콤프레셔(6)와 세척액 공급 노즐(31)로 이루어지는 세척수단을 연결설치한 것을 특징으로 한 유연성 섬유사를 이용한 용액속의 부유 고형물질 분리장치.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 다공관(5)은 신축성 링(18)으로 섬유사(8) 및 장 섬유사(27)를 다공관(5)의 외연부상에 결속하여 다단으로 방사상으로 집적되도록 고정하고,

   상기 장 섬유사(27)의 단부는 지지체(24)와 세로섬유사고정구(25)에 의해 고정되어 섬유사(8)가 위치한 부위는 여과부(29)로, 장 섬유사(27)가 위치한 부위는 미생물 성장부(30)로 사용토록 한 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사를 이용한 용액속의 부유 고형물질 분리장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 다공관(5)은 피스톤하우스(34)와 연결되어 다이아 프램(32)이 설치된 피스톤(33)으로 감압수축과 가압팽창을 반복시켜 여과와 세척공정을 연속적으로 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사를 이용한 용액속의 부유 고형물질 분리장치.