KR100336819B1 - 역세척 여과장치 및 이를 이용한 여과방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오폐수 처리시설에서 최종 침전조의 상등액에 함유된 미세 부유물질을 추가 여과처리함과 동시에 여과시 여과층에서 걸러진 이물질을 역세척하여 여과효율을 향상시킬수 있도록 개선한 역세척 여과장치와 이를 이용한 여과방법에 관한 것이다.

본 발명은 오폐수가 유입되는 침전조(1)에서 분리된 상등액을 여과하는 장치에 있어서, 상기 침전조(1)의 상등액이 하부로 유입되는 여과조(2)를 갖추고, 상기 여과조(2)의 내부공간에는 상기 상등액이 하부로부터 상부로 통과하면서 여과되는 여과층(8a)이 형성되며, 상기 여과층(8a)에 흡착된 이물질의 탈락제거를 위하여 공기를 분사하는 산기관(11)을 상기 여과층(8a)의 직하부에 장착하는 한편, 탈락된 이물질을 포함한 오탁수를 상기 침전조(2)로 순환공급하는 반송관(13)을 갖추어 구성하는 오폐수처리용 역세척 여과장치를 제공한다.

Description

역세척 여과장치 및 이를 이용한 여과방법{FILTRATION EQUIPMENT WITH BACKWASHING AND ITS THE OPERATION METHOD}

본 발명은 오폐수의 생물학적인 처리시 마지막 침전조에서 슬러지의 침전후 유출되는 상등액에 함유된 슬러지를 추가여과처리함과 동시에 여과시 여과층에서 걸러진 이물질을 역세척하여 여과효율을 향상시킬수 있도록 개선한 역세척 여과장치와 이를 이용한 여과방법에 관한 것이다.

일반적으로 여과는 음용수처리에서 사용되는 가장 주요한 단위공정중 하나이지만, 오폐수처리장의 유출수에 적용하는 것은 비교적 최근에 도입되었다.

생물학적으로 또는 화학적으로 처리된 오폐수는 유입관을 통해 침전조내로 유입되어 상기 침전조에서 비중차에 의해서 부유물질이 바닥으로 침강된다. 침강된 부유물질은 별도의 배출배관을 통하여 후공정으로 제거되는 한편, 부유물질이 제거된 상등액은 외부 또는 다음공정으로 방류된다.

이때, 상기 상등액에는 미세 부유물질이 잔류하는데, 부유물질을 추가적으로 제거하기 위하여 통상적으로 여과(filtration)공정이 사용된다.

이러한 여과는 화학적으로 침전된 인을 제거하기 위해서도 사용된다. 여과에서는 여러 가지 종류의 재료를 사용할수 있으나 통상, 모래, 안스라사이트(anthtacite), 점토(clay)류, 활성탄등과 같이 작은 입자성 물질이 사용된다. 상기 상등액에 포함된 부유물질이 여과층을 통과하면서 거르기(straining), 차단(interception), 충돌(impaction), 침전(sedimentation), 응집(flocculation) 및 흡착(absorption)등과 같은 메카니즘이 한 개 또는 여러 개가 작용하는 복잡한 공정을 거쳐 제거된다.

그러나 이러한 종래의 여과방식은 시간이 지나면 여과층에 입자성 물질이 침적되어 압력손실(head loss), 플로우채널링(flow channeling), 흡착능 감소와 함께 궁극적으로 막힘 현상이 생기게 되어 상기 여과층 내의 여과재를 역세척(back-wash)하는 과정이 필요하게 되었다.

이러한 역세척방식은 역세척수로서 방류수 또는 음융수를 추가로 이용해야 하고, 역세척후 발생되는 슬러지를 자체적으로 처리하지 못하고, 외부로 그대로 배출하여 2차 슬러지처리 문제가 발생되었다. 또한, 역세척용 수조와 같은 부대설비등이 필요하며, 궁극적으로 여과층을 빈번하게 교체해야만 하는 운전상 불편함이 수반된다. 따라서, 전체 설비구조가 복잡하여 규모가 작은 오폐수처리시스템(합병정화조, 소형 콘크리트 오수처리시스템)에서는 그 설치가 불가능하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 구조가 간단하여 설치가 간편하고, 무보수 운전이 가능하며, 설치비 및 유지비가 저렴하게 소요되는 역세척 여과장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 역세척된 초기의 오탁수가 외부로 방류되는 것을 방지하며, 역세척을 위한 별도의 세척수가 불필요하고, 세척된 오탁수를 재침강시켜 깨끗한 상등액으로 자동전환하며, 여과층에서의 막힘현상을 방지하여 원할한 여과작업을 지속적으로 수행할 수 있는 역세척 여과장치를 이용한 여과방법을 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 역세척 여과조를 도시한 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 역세척 여과조의 다른 실시예를 도시한 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 ..... 침전조 2 ..... 여과조

3 ..... 유입관 6,6a .... 웨어

7 ..... 연결관 7a .... 연결통로

9 ..... 방류관 10 .... 외기공급관

11 .... 산기관 12 .... 펌프부재

13 .... 반송관 16 .... 배플

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써, 본 발명은,

오폐수가 유입되는 침전조에서 분리된 상등액을 여과하는 장치에 있어서,

상기 침전조의 상등액이 하부로 유입되는 여과조를 갖추고, 상기 여과조의 내부공간에는 상기 상등액이 하부로부터 상부로 통과하면서 여과되는 여과층이 형성되며, 상기 여과층에 흡착된 이물질의 탈락제거를 위하여 공기를 분사하는 산기관을 상기 여과층의 직하부에 장착하는 한편, 탈락된 이물질을 포함한 오탁수를 상기 침전조로 순환공급하는 반송관을 갖추어 구성함을 특징으로 하는 오폐수처리용 역세척 여과장치를 마련함에 의한다.

또한, 상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

침전조내에서 분리된 상등액을 여과하는 방법에 있어서,

상기 침전조에서 분리된 상등액을 여과조의 하부측으로 공급하는 단계;

상기 여과조의 여과층 하부로부터 상부로 상등액을 통과시켜 상등액에 함유된 이물질을 여과하고, 여과된 상등액을 외부로 방류하는 단계;

상기 여과층의 직하부로 외부공기를 공급하여 상기 여과층에 흡착된 이물질을 탈락제거하여 역세척하는 단계; 및

상기 여과층으로부터 탈락된 이물질이 포함된 오탁수를 상기 침전조내로 순환공급하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 역세척 여과장치를 이용한 여과방법을 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 역세척 여과장치를 도시한 구성도로서, 본 발명의 장치(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 유입관(3)을 통해 유입된 오폐수를 비중차에 의해서 부유뮬질을 침강시켜 분리하는 침전조(1)와, 이로부터 상등액이 공급되도록 연결구성되는 여과조(2)를 상기 침전조(1)의 외측에 갖추어 구성한다.

즉, 상기 침전조(1)는 생물학적으로 또는 화학적으로 처리된 오폐수가 유입관(3)을 통해 유입되어 부유물질이 침강, 분리되고, 상기 침전조(1)상단 외측테두리에는 부유물질이 제거된 상등액이 상기 침전조(1)의 배플(15)을 넘어서 방류되는 방류용 웨어(weir)(6)가 장착된다.

여기서, 상기 배플(15)의 최상단은 상부로 떠오르는 스컴이 방류조로 흘러나가지 못하도록 상기 침전조(1)의 상단보다 높게 형성되어야 한다.

그리고, 상기 방류용 웨어(6)는 이를 통해 유출되는 상등액을 외측에 배치된 여과조(2)측으로 공급할수 있도록 연결관(7)을 매개로 하여 여과조(2)와 연결구성된다.

또한, 상기 여과조(2)의 내부공간에는 상기 연결관(7)을 통해 하부로부터 공급된 상등액을 상부로 통과시키면서 이에 함유된 이물질을 여과할 수 있도록 여과층(8a)을 형성한다.

여기서, 상기 여과층(8a)은 활성탄, 모래, 안스라사이트(anthracite), 결정성 또는 비결정성 점토류, 복합무기물등과 같이 작은 입자상물질로 이루어진 여과재로 구성되며, 이러한 여과재는 입도보다 작은 매쉬(mesh)크기로 구성되어 상기 여과조(2)하부와 상부에 고정설치되어 있는 그물상 여과체(8)의 내부공간에 수용된다.

이에 따라, 상기 연결관(7)을 통해 상기 여과조(2)의 하부측으로 공급되어 상기 여과층(8a)을 하부에서 상부로 통과하면서 미세 부유물질이 제거된 여과액은 상기 여과조(2)의 상단에 장착된 방류관(9)을 통하여 다음공정으로 배수처리된다.

한편, 상기 여과조(2)의 여과층(8a) 직하부에는 외부공기를 분사시켜 폭기조건을 조성할 수 있도록 산기관(11)을 장착하며, 상기 산기관(11)은 공기를 공급하는 외기공급관(10)과 연결구성된다. 이에 따라, 장시간의 여과작업으로 인하여 상기 여과층(8a)에 흡착된 이물질은 상기 산기관(11)으로부터 분사되는 외부공기의 폭기작용에 의해서 탈락제거되고, 탈락제거된 이물질은 여과조(2)의 하부에 침강된다.

그리고, 상기 여과조(2)에는 상기 여과층(8a)으로부터 탈락제거된 이물질이 침강되는 바닥면까지 하부단이 이르는 흡입관(12a)을 갖추고, 상기 흡입관(12a)은 여과층에서 탈락된 이물질을 포함하는 오탁수를 상기 침전조(1)에 연결된 반송관(13)을 통하여 침전조(1)내로 반송공급할수 있도록 에어리프트펌프(air-lift pump)와 같은 펌프부재(12)를 갖추어 구성한다.

이때, 상기 흡입관(12)을 통하여 탈락된 이물질을 상등액과 더불어 침전조(1)로 반송하는 흡입력은 혐기조, 폭기조에 설치되어 사용되는 또다른 펌프부재로부터 분기된 흡입력을 사용하여도 좋다.

여기서, 상기 여과조(2)의 하부면은 상기 흡입관(12a)을 통한 오탁수의 흡입이 원활하게 이루어지도록 상기 흡입관(12a)측으로 경사지게 형성되는 것이 좋다.

도 2는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 이는 상기 여과조(2)가 침전조(1)내부의 일측에 일체로 갖추어지며, 상기 여과조(2)의 상단테두리에는 상등액이 유입되는 웨어(6a)가 장착되고, 상기 웨어(6a)로부터 유입되는 상등액을 상기 여과조(2)의 하부측으로 공급하는 수직한 연결통로(7a)를 형성할수 있도록 상기 여과조(2)의 외벽과 나란한 수직격벽(7b)을 갖추어 구성한다.

도 1,2에서 미설명 부호 4는 유입관(3)을 통해 유입되는 오폐수 또는 오탁수를 침전조 바닥면으로 유도하는 유도관이고, 5는 미도시된 모터부재에 의해서 회전구동되는 스크래이퍼이며, 14는 슬러지 배출라인이다.

상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명의 작용 및 효과에 대해서 설명한다.

먼저, 침전조(1)내로 유입관(3)을 통하여 생물학적 또는 화학적으로 처리된 오폐수가 유입되면, 유입된 오폐수는 비중차에 의해서 대부분의 부유물질이 침강된 슬러지와 미세 부유물질이 잔류하는 상등액으로 분리된다.

그리고, 상기 침전조(1)의 외측에 여과조(2)를 배치한 경우 상기 침전조(1)의 상단 외주테두리에 장착한 방류용 웨어(6) 또는 상기 침전조(2)의 내부에 여과조(2)를 배치한 경우 상기 여과조(2)의 상단 외즈테두리에 장착한 웨어(6a)측으로 상기 유입관(3)을 통한 오폐수의 유입량에 비례하여 분리된 상등액이 유입되기 시작한다.

연속하여 상기 웨어(6)(6a)내로 유입된 상등액은 연결관(7) 또는 연결통로(7a)를 통하여 상기 침전조(1)의 외측에 배치된 여과조(2) 또는 내부에 배치되는 여과조(2)의 하부측으로 공급됨으로서, 상기 상등액은 하부로부터 상부로 흐르는 상향류로 전환된다.

이러한 경우, 상기 상등액은 상기 여과조(2)내부공간에 형성된 여과층(8a)을 상향통과하면서 이에 함유된 미세 부유물질은 상기 여과층(8a)내의 여과재에 흡착제거되고, 부유물질이 제거된 여과액은 상기 여과조(2)의 상단부근에 장착된 방류관(9)을 통하여 다음공정으로 배수처리된다.

한편, 평상시 운전중에는 상등액이 여과층(8a)하부로 유입되어 상향류를 형성하면서 여과층(8a)을 통과하여 방류되도록 운영하는데, 여과운전을 계속 진행하여 여과작업시간이 경과함에 따라 상기 여과층(8a)하부로 미세 부유물질이 누적되면, 상기 여과층(8a)의 여과효율은 떨어지고, 이는 압력손실이 증가하는 형태로서 나타나게 된다. 이에 따라, 상기 여과층(8a)의 압력손실을 검지하는 별도의 측정수단을 채용하여 설정된 값이상의 압력손실이 검지되면, 상기 여과조(2)내의 여과층(8a)을 역세척하여 여과효율을 초기상태로 전환시키고, 압력손실이 정상상태로 복귀되도록 상기 여과층(8a)을 역세척시켜야 한다.

이때, 상기 여과층(8a)을 역세척시키는 주기는 간헐적으로 또는 주기적으로 수행한다.

즉, 이러한 여과층(8a)의 압력손실이 사전에 설정된 값이상으로 커지는 경우, 외기공급관(10)의 개폐밸브(미도시)를 개방하여 상기 여과층(8a)의 직하부에 배치된 산기관(11)측으로 외부공기를 공급하면, 상기 산기관(11)으로부터 분사되는 공기에 의해서 상기 여과층(8a)에 끼여있는 유기물, 부유성 고형물과 같은 이물질등을 세척하기 시작하고, 세척후 탈락된 이물질은 상기 여과조(2)의 하부측에 모아진다.

이와 동시에, 상기 여과조(2)의 하부측에 하부단이 배치된 흡입관(12a)에 흡입력을 발생시키거나, 이에 연결된 펌프부재(12)를 가동시키면, 상기 흡입관(12a)의 흡입력에 의해서 상기 여과조(2)의 하부측으로 탈락되어 모아진 이물질은 오탁수와 더불어 상기 흡입관(12a)에 연결설치된 반송관(13)을 통하여 상기 침전조(1)내로 강제로 반송시킨다. 이에 따라 상기 침전조(1)내로 재유입된 오탁수는 상기 여과조(2)로의 내부순환을 활발하게 수행함과 동시에 여과층(8a)의 역세척을 별도의 세척수를 사용하지 않고 수행할수 있는 것이다.

또한, 상기 여과조(2)의 여과층(8a)하부에서의 폭기와 동시에 하부의 오탁수를 침전조(1)측으로 반송관(13)을 통하여 반송하여 상기 여과조(2)의 수위가 일시적으로 낮아짐으로서 역세척의 초기에 발생하는 오탁수가 외부로 방류되는 것을 방지할수 있다.

<실시예 1>

도 1에 도시된 본 발명의 침전조(1)에서 1000 l/일로 방류되고, 평균 BOD가 12.5ppm, COD가 24.4ppm, SS가 15.7ppm인 상등액을 유효부피 7.0리터의 활성탄칩(15mesh)의 여과재로 채워진 여과층(8a)을 갖는 여과조(2)로 통과시켜 여과운전하고, 상기 발명에 의한 공기 역세척은 오수가 거의 유입되지 않는 시간대에 5분간 실시하였다.

그리고, 상기 여과조(2)로부터 방류되는 유출수를 채칩하여 측정한 결과, 평균 BOD는 8.5ppm, COD 16.1ppm, SS 7.2ppm으로 BOD제거율 32%, COD제거율 28% 및 SS제거율 57%에 이르렀으며, 12개월동안 운전결과 여과층의 막힘현상이 없어 안정적으로 운전할수 있었다.

<실시예 2>

여과재로는 모래(30 내지 40mesh)를 장착한 것과 공기 역세척 기간을 20분으로 한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일한 조건으로 실험한 결과, 여과조(2)로부터 여과방류되는 유출수는 평균 BOD 12.5ppm, COD 18.4ppm, SS 9.5ppm을 유지하였으며, 12개월 동안의 장기 운전기간 동안 막힘 현상이 발생되지 않았다.

<실시예 3>

여과재로는 모래(40 내지 60mesh)를 장착하고, 산기관(11)을 통한 공기송풍을 연속적으로 실시한 실험결과, 여과조(2)로부터 여과방류되는 유출수는 평균 BOD 11.5ppm, COD 17.4ppm, SS 9.0ppm을 유지하였으며, 12개월 동안의 장기 운전기간 동안 막힘 현상이 발생되지 않았다.

<비교예 1>

실시예 1에서와 같은 조건으로 상등액을 여과하되 공기 역세척을 하지 않았을 경우, 유출수의 평균 BOD 11.5ppm, COD 21.8ppm, SS 8.7ppm으로 제거율이 각각 8%, 10.8%, 44.6%로 다소 낮은 효율을 확인할 수 있었고, 시간이 경과함에 따라 여과층 내의 이물질 흡착량이 과다해져 여과처리효율도 점차적으로 감소함은 물론 2개월후 여과층내 압력손실의 증가로 인하여 더 이상의 조업이 불가능하였다.

<비교예 2>

<실시예 2>와 같은 조건으로 상등액을 여과하되 공기 역세척을 하지 않았을 경우, 유출수의 평균 BOD 11.9ppm, COD 21.8ppm, SS 9.8ppm으로 제거율이 각각 4.8%, 2.5%, 37.6%로 가장 낮은 효율을 확인할 수 있었고, 상기 비교예 1과 마찬가지로 시간이 경과함에 따라 여과층에 흡착된 이물질이 세척되지 않고, 그 흡착량이 과다해져 여과처리효율도 점차적으로 감소함은 물론 여과층내 압력손실의 증가로 인하여 더 이상의 조업이 불가능하였다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 간단하고, 작은 크기에도 불과하고, 다음과 같은 여러 가지 장점을 지닌다.

1) 여과조 하부에서의 폭기와 더불어 하부 오탁수를 펌프부재로서 침전조로 반송하여 순환시킴으로서, 여과조 내의 수위가 일시적으로 낮아져 역세척 초기에서 발생하는 혼탁한 오탁수가 외부로 방류되는 것을 방지할 수 있다.

2) 여과층에 흡착된 이물질의 제거는 공기의 분사에 의해 이루어지므로 별도의 세척수가 불필요하고, 세척된 이물질을 포함한 오탁수는 다시 전단의 침전조로 보내어져 재침강됨으로서 깨끗한 상등액으로 자동 전환될 수 있다.

3) 세척을 위해 오직 소량의 공기만을 필요한 간단하면서도 막힘이 없는 여과방식을 제공한다.

4) 콤팩트(compact)한 구성으로 설치가 간편하며, 운전이 단순하기 때문에 유지관리가 매우 쉽다.

5) 설치비 및 유지비가 저렴하며, 기존의 여과장치도 무보수(maintenance-free)운전으로 개조가 가능하다.

6) 수량변화에 따라 운전조건을 합리적으로 대처할수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (7)

1. 오폐수가 유입되는 침전조(1)에서 분리된 상등액을 여과하는 장치에 있어서,

   상기 침전조(1)의 상등액이 하부로 유입되는 여과조(2)를 갖추고, 상기 여과조(2)의 내부공간에는 상기 상등액이 하부로부터 상부로 통과하면서 여과되는 여과층(8a)이 형성되며, 상기 여과층(8a)에 흡착된 이물질의 탈락제거를 위하여 공기를 분사하는 산기관(11)을 상기 여과층(8a)의 직하부에 장착하는 한편, 탈락된 이물질을 포함한 오탁수를 상기 침전조(2)로 순환공급하는 반송관(13)을 갖추어 구성함을 특징으로 하는 오폐수처리용 역세척 여과장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 여과조(2)는 상기 침전조(1)의 외측에 연결관(7)을 매개로 하여 연통설치되고, 상기 연결관(7)의 일단은 상기 침전조(1)의 상단테두리에 형성된 방류용 웨어(6)의 유출부에 연통설치되고, 타단은 상기 여과조(2)의 하부에 연통설치됨을 특징으로 하는 오폐수처리용 역세척 여과장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 여과조(2)는 상기 침전조(1)내부의 일측에 일체로 갖추어지며, 상기 여과조(2)의 상단테두리에 상등액이 유입되는 웨어(6a)가 장착되고, 상기 웨어(6a)로부터 배출되는 상등액을 상기 여과층(2)의 하부측으로 공급하는 수직한 연결통로(7a)를 형성할수 있도록 상기 여과조(2)의 외벽과 나란한 수직격벽(7b)을 갖추어 구성함을 특징으로 하는 오폐수처리용 역세척 여과장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 반송관(13)은 상기 여과층(8a)으로부터 탈락제거된 이물질이 침강되는 바닥면까지 하부단이 이르는 흡입관(12a)과 연결구성되고, 상기 흡입관(12)의 상부단에는 상기 이물질을 포함하는 오탁수를 상기 침전조(1)내로 순환 공급할수 있도록 에어리프트펌프(air-lift pump)와 같은 펌프부재(12)를 갖추어 구성함을 특징으로 하는 오폐수처리용 역세척 여과장치.
5. 침전조(1)에서 분리된 상등액을 여과하는 방법에 있어서,

   상기 침전조(1)에서 분리된 상등액을 여과조(2)의 하부측으로 공급하는 단계;

   상기 여과조(2)의 여과층(8a) 하부로부터 상부로 상등액을 통과시켜 상등액에 함유된 이물질을 여과하고, 여과된 상등액을 외부로 방류하는 단계;

   상기 여과층(8a)의 직하부로 외부공기를 공급하여 상기 여과층(8a)에 흡착된 이물질을 탈락제거하여 역세척하는 단계; 및

   상기 여과층(8a)으로부터 탈락된 이물질을 포함된 오탁수를 상기 침전조(1)내로 순환공급하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 역세척 여과장치를 이용한 여과방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 여과층(8a)의 압력손실이 사전에 설정된 압력값이상으로 커짐이 확인될 때 상기 여과층(8a)의 하부측으로 외부공기를 분사하는 단계를수행함을 특징으로 하는 역세척 여과장치를 이용한 여과방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 여과층(8a)에 흡착된 이물질을 탈락제거하는 역세척하는 단계를 수행함과 동시에 상기 오탁수를 상기 침전조(1)내로 반송관(13)을 통하여 순환공급하는 단계를 수행함을 특징으로 하는 역세척 여과장치를 이용한 여과방법.