KR100361853B1 - 접선 흐름 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치 - Google Patents

접선 흐름 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐수내 존재하는 부유물의 여과장치에 관한 것으로서, 유입부(2)로부터 고속으로 분사된 폐수를 여과하기 위하여 망체로 만들어지며, 경사면을 따라서 폐수의 접선 흐름이 발생하도록 꼭지 부분이 유입부(2) 아래에 위치되는 원추 형상의 여과기(3)와; 여과기(3)에서 여과되지 않은 폐수와 고형물을 외부로 배출시키기 위하여 여과기(3)의 주위에 배치된 경사판(5)에 제공되는 고형물 배출부(6); 여과기(3)의 하부에 설치되어 여과기(3)에 의해 여과된 여액을 일시적으로 저류하는 침전조(8)와; 침전조(8)에 저류된 여액을 채취하기 위하여 침전조(8)의 일측에 제공되는 시료 채취부(9)와; 침전조(8)에 저류된 여액 및 침전물을 외부로 배출시키기 위하여 침전조(8)의 하부에 제공되고, 침전밸브(11)에 의해 개폐되는 침전물 배출관(12)을 포함한다.
따라서, 폐수를 여과장치 내부로 하향류식 제트수류로 유입시켜 접선 흐름 형태로 여과 및 세척을 수행하도록 하므로써, 부유성 고형물이 포함된 폐수를 장기간 처리하여도 유지 및 보수가 간편할 뿐만 아니라 간단한 공정으로 다양한 종류의 폐수에 함유되어 있는 부유성 고형물을 효과적으로 처리할 수 있다.

Description

접선 흐름 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치{Suspended solids filtering device of wastewater using tangential flow method}
본 발명은 각종 수질을 분석할 때 방해물질로 작용하는 부유성 고형물질을 제거하는 폐수의 부유물 여과장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 원추 형태의 여과기를 설치하여 유입되는 부유성 고형물질을 효과적으로 여과할 수 있는 폐수의 부유물 여과장치에 관한 것이다.
일반적으로, 폐수처리장의 경우, 계측, 제어의 자동화 및 중앙 집중 관리화할 때, 용이한 작업, 일괄적인 관리, 확실성 및 안정성을 확보하기 위하여 계장 설비를 하고 있다. 즉, 능률적인 관리를 위해 인력 대신에 계측 기기 및 전기장치를 이용하여 처리시설의 운영관리에 필요한 요소를 계측, 감시 및 제어하여, 운전의 안전성 및 보안, 처리의 안정화, 조작의 확실성, 적절한 내구성의 유지, 처리효율의 향상, 작업환경의 개선, 및 자동화 등을 통하여 합리적인 관리와 운전을 함으로써, 자원 및 에너지 절감을 도모한다는 것이다(폐수종말 처리장 설계 지침, 1995).
그러나, 현장 계측 기기는 유입되는 폐수의 질과 양이 불규칙으로 변동하여 일정한 정밀도를 유지하는 것이 불가능하며, 사후관리를 적절히 하여도 사용 시간이 경과함에 따라 노후화되어 성능이 저하되며, 기기의 형식변화와 제작중지에 따라 초기 계장설비를 계속 사용하게 되는 경우와 법적 규제 등에 의해 사용이 불가능하게 되는 단점이 있다(폐수종말 처리장 설계 지침, 1995).
특히, 현장 계측기기의 경우 가장 큰 문제점은 부착성 물질에 의한 수로폐쇄 또는 이로 인한 측정의 오차, 혼입물에 의한 기기 마모 및 파손 등 측정 대상물에 의한 장애 발생이다. 따라서, 계측기기의 안정성을 높이고 장기적인 사용이 가능하면서, 실험실에서 수행되는 각종 수질 분석시와 같은 정밀도를 갖도록 하기 위해서는 일정크기 이상의 고형물질을 측정 전에 제거해야만 한다.
현재 가동중인 하ㆍ폐수 처리장 및 분뇨ㆍ축산폐수 처리장으로 유입되는 폐수에 존재하는 부유성 고형물의 형태가 매우 다양하여, 스크린, 침사지 및 일차 침전지 등 본처리 이전에 다양한 전처리 시스템을 설치ㆍ운전하고 있으며, 또한 각 처리장에는 최종 유출수의 수질기준에 합리적으로 대응하기 위하여 여과장치가 별도의 부대설비로 설치되어 있지만, 현장 사정을 감안하면 이러한 계측기기에 이용할 수 있는 수질을 지속적으로 달성하기에는 다소 무리가 있는 실정이다.
따라서, 실제 폐수처리장 내에서 이용되고 있는 자동 계측 기기는 이러한 장애를 제거하기 위하여, 다양한 방법들을 통한 전처리 장비가 별도의 설비로 보완되어있다. 그러나, 매우 가변적인 폐수 성상 및 현장 기후조건에 의해 이와 같은 고형물을 배제하기 위한 전처리 장비가 제 기능을 발휘하지 못하고 있다.
종래의 고형물 전처리 방법으로서, 중력식 침강법을 이용하는 경우에 급격한 수질변화(부유성 고형물양의 급증 등)가 발생하면, 최초에 설계된 체류 시간 내내 계측 기기 내부로 유입되는 폐수 성상이 불규칙해져 측정값의 변동폭이 커지게 된다. 또한, 전처리로 여과를 행하는 경우에는 일반적인 고형물에 비해 비교적 점도가 높은 슬러지 고형물에 의해 유발되는 필터의 폐색 현상 때문에 빈번한 필터의 역세척 또는 필터의 교환 등이 요구된다.
즉, 이와 같은 방법에 의해 폐수의 고형물을 제거하는 경우에, 잦은 유지 보수와 비용이 발생하므로, 폐수 처리장의 자동화 계획에 차질을 빚을 뿐 아니라 경제성 면에 있어서도 바람직하지 않다.
따라서, 계측기기로 유입되는 폐수의 고형물을 장기간동안 일정하고 효율적으로 제거할 수 있는 동시에, 유지 보수를 최소한으로 줄일 수 있는 여과장치가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 부유성 고형물을 함유한 폐수를 여과수질을 일정하게 유지하면서 지속적으로 여과 처리할 수 있도록 고속으로 분사되는 폐수에 의하여 항상 깨끗한 상태로 유지될 수 있는 폐수의 부유물 여과 장치를 제공함에 있다.본 발명의 또 다른 목적은 부유성 고형물을 함유한 폐수를 장기간동안 처리하여도 유지 및 보수가 용이한 폐수의 부유물 여과장치를 제공함에 있다.
제 1도는 본 발명에 따른 폐수의 부유물 여과장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
제 2도는 본 발명의 여과기, 여과기통 및 메쉬 부분을 확대한 확대도이다.
* 도면의 중요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 여과장치 2 : 유입부
3 : 여과기 4 : 여과기통
5 : 경사판 6 : 고형물 배출부
7 : 여액유출부 8 : 침전조
9 : 시료 채취부 10 : 여액배출부
11 : 침전 밸브 12 : 침전물 배출관
13 : 펌프 14 : 배플판
15 : 그물눈
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 부유성 고형물을 포함하는 오ㆍ폐수, 하천수, 호수수 및 해수 등의 여과장치에 있어서, 유입부로부터 고속으로 분사된 폐수를 여과하기 위하여 망체로 만들어지며, 경사면을 따라서 폐수의 접선 흐름이 발생하도록 꼭지 부분이 상기 유입부 아래에 위치되는 원추 형상의 여과기와; 상기 여과기에서 여과되지 않은 폐수와 고형물을 외부로 배출시키기 위하여 상기 여과기의 주위에 배치된 경사판에 제공되는 고형물 배출부; 상기 여과기의 하부에 설치되어 상기 여과기에 의해 여과된 여액을 일시적으로 저류하는 침전조와; 상기 침전조에 저류된 여액을 채취하기 위하여 상기 침전조의 일측에 제공되는 시료 채취부와; 상기 침전조에 저류된 여액 및 침전물을 외부로 배출시키기 위하여 상기 침전조의 하부에 제공되고, 침전밸브에 의해 개폐되는 침전물 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 접선 흐름 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치이다.상기에서, 유입부는 바람직하게 여과기로부터 간격이 조절되도록 설치된다.또한, 침전조는 침전조로 유입된 폐수의 와류를 감소시키기 위한 배플판이 제공된다.
본 발명을 도면을 참고로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 폐수의 부유물 여과장치(1)는 폐수를 여과장치(1) 내로 제트류로서 고속으로 펌핑하기 위한 펌프(13)를 포함하고, 펌프(13)에 의해 고속으로 펌핑된 폐수는 여과장치 내로 연장하는 유입부(2)를 통하여 여과장치 내부로 유입된다. 유입부(2)는 스크류 등과 같은 조절수단에 의하여 여과기(3)와의 거리 조정이 가능하게 여과 장치에 설치되며, 원추 또는 원뿔 형상의 여과기(3)의 꼭지 부분 바로 위에 위치된다.상기된 바와 같은 원추 형상의 여과기(3)는 예를 들어, Sieve No. 10(2.000mm)과 Sieve No. 50(0.300mm)의 범위에 놓이는 그물눈(15, 메쉬)을 가지는 망체로 만들어지는 한편, 원추의 각도가 각각 수평면을 기준으로 25°, 45°, 60°인 것을 사용되며, 도 2에 도시된 바와 같이 원통형상의 여과기통(4)과 분리될 수 있도록 여과기통(4)의 상부에 설치된다. 여과기(3)의 그물눈(15)의 크기와 원추 각도는 여과될 고형 분순물의 크기 및 유입 속도에 따라서 변경될 수 있다.상기된 바와 같이 유입부(2)가 원추 형상의 여과기(3)의 꼭지 부분 바로 위에 위치되기 때문에, 유입부(2)를 통해 여과 장치(1)로 고속으로 배출되는 폐수는 여과기(3)의 표면을 타격하는 동안, 여과기(3)의 그물눈(15)들을 통하여 원추 형상의 여과기통(4)의 하부에 위치된 침전조(8)로 유입되고, 폐수에 함유된 고형물중 그물눈(15)보다 큰 고형물은 여과기(3)의 표면을 타고 내려가는 폐수와 함께 경사판(5)으로 낙하되어, 경사판(5)을 타고 고형물 배출부(6)를 통하여 배출된다.이 때, 여과기(3)의 꼭지 부분을 향하여 고속으로 배출(분사)된 폐수에 의한 여과기(3)의 타격과 함께 여과기(3)의 표면에서의 접선 흐름에 의해, 여과기(3) 상에서 고형 불순물의 케익 생성이 지연되는 한편, 여과기(3) 표면에 생성된 케익이 고속으로 배출되는 폐수에 의하여 여과기(3)로부터 분리되어, 여과기(3)의 유지, 보수가 용이하게 된다.여액은 여과기(2)로부터 여액 유출부(7)를 통하여 여과기통(4)의 하부에 설치되는 침전조(8)로 보내지며, 여액은 일정 수위까지 침전조(8)에 저장된다. 계속적으로 침전조(8)로 여액이 공급되어, 침전조(8)로부터 오버플로우되는 여액은 침전조(8)의 상부에 제공된 여액 배출부(10)를 통하여 외부로 배출된다. 침전조(8)의 하부에는 침전된 침전물 또는 여액을 외부로 배출시키도록 침전물 배출관(12)이 제공되고, 침전물 배출관(12)에는 침전물 배출관(12)을 개폐시키기 위한 침전밸브(11)가 설치된다.여액이 침전조(8)의 용량에 따라서 침전조(8)에서 일정시간 체류되는 동안, 침전조(8) 내의 여액은 각종 수질 오염도를 분석할 때 시료로 이용하기 위해 시료 채취부(9)를 통해 채취된다. 침전조(8)의 바닥층은 잔류 고형물의 배출이 용이하도록 경사지게 설치되며, 침전 밸브(11)를 개폐하여 침전조의 잔류 고형분 또는 여액을 외부로 배출한다. 또한, 침전조(8)의 상면에는 침전조로 유입된 폐수의 와류를 감소시키도록 배플판(14)이 설치된다.상기된 바와 같이, 유입부(2)를 통하여 발생되는 폐수의 제트 수류가 망체로 만들어지는 원추 형상의 여과기(3)의 표면을 계속적으로 타격하고 여과기(3)의 경사면에서 고속으로 흐르기 때문에, 여과기(3)의 표면이 폐수의 의한 타격 및 제트 수류에 의해 세척되는 효과가 나타난다. 그러므로, 여과기(3)는 별도의 역세척이나 세정 작업없이 여과 기능을 장시간 동안 발휘할 수 있다.아울러, 유입부(2)가 스크류 등과 같은 조절 수단에 의해 방향 및 길이 조절이 가능하므로, 여과기(3)의 상부 꼭지 부분으로 배출되는 폐수의 배출 압력이 조절될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라서, 폐수중의 고형분 함유량에 따라 상이한 크기의 그물눈 및 상이한 경사각을 가지는 여과기(3)가 제공될 수 있다.
상기된 바와 같이 유입부(2)와 원추 형태의 여과기(3)의 간격이 용이하게 조절되기 때문에, 폐수 내의 고형물 농도가 높은 경우에, 유입부(2)와 여과기(3) 사이의 간격을 크게 하고, 고형물의 농도가 낮은 경우는 그 간격을 작게 조절함으로써, 적절한 여과기능이 발휘될 수 있도록 조절할 수 있다. 또한, 유입부(2)로부터 배출되는 폐수의 유입 유량 및 유속은 펌프(13)와 유입라인에 제공되는 체크밸브를 통해 조절이 가능하다.
궁극적으로, 이와 같은 접선 흐름에 의해 여과 장치를 통과한 여액은 계측기기로 유입되어 정밀한 측정을 지속적으로 가능할 수 있게끔 해줄 정도로 일정한 크기의 부유성 고형물을 함유하게 된다. 따라서 장기간동안 기기의 신뢰도를 높게 유지할 수 있으며, 여과기(3)의 그물눈의 크기를 조절함으로써 여과되는 여액내의 최대 고형물 크기를 임의로 조절할 수 있다.
(실시예 1)
중랑 하수처리장(서울시 중랑구 소재)의 슬러지를 채취, 적절한 SS 농도(약 600∼1,000mg/L)로 희석하였다. 여과기(3)의 그물눈(15)의 크기는 Sieve No. 10(2.000mm)과 Sieve No. 50(0.300mm)을 이용하고, 원추 각도는 수평면을 기준으로 25°, 45°, 60°인 것을 사용하였으며, 각각 일정기간(약 2개월)동안 여과를 연속적으로 수행하였다. 전 기간동안 원폐수의 일일 유입유량(800ℓ/h) 및 유속은 일정하게 유지하였으며, 주요 인자로는 부유성 고형물질(SS)을 비교하였다.
본 실험에서의 평균 결과치를 표 1에 요약하였다.
상기 표1과 같이 두 종류 모두 45°의 여과기(3)의 원추 각도에서 가장 양호한 부유성 고형물질 제거율을 나타내었다. 여과기(3)의 원추 각도를 25°로 하는 경우에는 메쉬의 폐색현상이 눈에 뜨일 정도로 관찰되어 잦은 여과기(3)의 그물눈(15)의 세척을 요할 것으로 생각된다. 또한, 원추 각도를 60°로 조절한 경우는 고형물 제거율은 높으나 여액 발생량이 적어진다는 단점을 가지고 있다.
따라서, 여과기(3)의 원추 각도를 45°로 하는 경우가 슬러지 케익의 탈리 및 여액 발생량 측면에서 그리고 고형물 제거율에 있어서 가장 양호한 결과를 보였다.
또한, 이러한 원추 형태의 여과기와 일반적인 경사면 형태의 여과기를 이용하여 폐수를 여과한 실험을 행한 결과, 동일한 그물눈 크기를 가지는 여과기에 있어서 원추 형태의 여과기(3)가 보다 나은 고형물 제거율을 나타내었다(실시예 2)
실시예 1과 동일한 실험조건으로 도1에 도시한 폐수의 부유물 여과장치를 사용하였다. 45°의 여과기(3)의 원추 각도에 대해 그물눈(15) 별로 일정기간(약 2개월) 여과를 연속적으로 수행하면서, 각각 SS, BOD, COD 농도 변화를 측정하였다.
시운전동안 각 그물눈(15)에 대해 여액내 SS 함량 및 손실수두의 증감 현상이 거의 관찰되지 않았으며, 또한 시운전 개시후 약 1개월 무렵 여과기(3)의 상부 표면층에 약간의 슬러지 케익이 생성되었으나, 유입부(2)와 여과기(3) 사이의 간격을 줄임으로써, 약 5분 후에 자연탈리되어 별도의 여과기(3)의 세척 또는 교체를 행하지 않았다. 또한 SS 제거율에 있어서는 Sieve No. 10(평균 약 91%)을 제외하고는 거의 유사한 값(평균 약 96% 이상)을 보여 Sieve No. 30에 해당하는 여과기(3)로 여과를 행하여도 무방할 것으로 사료되었다.
본 발명을 이용하여 약 2개월간에 걸쳐 수행한 시운전시, 원폐수, 여과된 폐수 그리고 시료 채취부위에서 채취한 폐수에 대하여 SS, SBOD(용해성 BOD), SCOD(용해성 COD)를 통상적인 방법을 사용하여 측정한 후 얻은 평균치를 다음 표 2에 제시하였다.
※ SS : 부유성 고형물, SBOD : 용해성 BOD, SCOD : 용해성 COD
(실시예 3)
본 발명의 폐수 부유물 여과장치(Sieve No. 30, 원추 각도 45°)을 이용하여 채취한 폐수의 시료를 증류수로 적절히 희석한 실제 전분폐수의 SBOD를 본 발명의 여과장치 통과 전과 여과장치 통과후의 시료를 채취하여 BOD 계측기(한국 바이오시스템(주)에 의한 BOD를 1개월간 측정, 비교한 결과치를 표 3에 제시하였다.
약 10일 간격으로 고농도에서 저농도로 낮춰가면서 본 발명에 의해 여과장치를 통과한 폐수의 BOD(BOD 계측기)와 여과장치를 통과하지 않은 유입수의 SBOD(5일 BOD) 농도를 측정, 비교한 결과, 그림 1에서와 같이 거의 유사한 경향을 보여 본 발명은 계측기에 의한 수질 분석시 적합한 여과장치로 이용될 수 있는 것으로 나타났다.
(그림 1)
A : 여과장치 통과 후, BOD 계측기에 의해 측정된 BOD값
B : 여과장치 통과 전, 5일 BOD 측정법에 의해 측정된 BOD값
상술한 바와 같이, 본 발명의 폐수의 부유물 여과장치는 여과기의 꼭지 부분을 향하여 고속으로 배출(분사)된 폐수에 의한 여과기의 타격과 함께 여과기의 표면에서의 접선 흐름에 의해, 여과기 상에서 고형 불순물의 케익 생성이 지연되는 한편, 여과기 표면에 생성된 케익이 고속으로 배출되는 폐수에 의하여 여과기로부터 분리되어, 폐수를 연속적으로 여과하는 경우 장기간 동안 유지 및 보수가 불필요하며, 종래의 폐수의 고형물 여과 장치 보다 효과적으로 고형물이 제거될 수 있다.또한 유입부와 여과기 사이의 거리 조정이 가능하고, 다양한 각을 갖는 여과기의 부착이 가능하며, 여과기의 그물눈의 크기를 조절할 수 있으므로 다양한 수질에 따라 사용자가 선택적으로 적용할 수 있다. 그와 더불어 본 발명의 폐수 여과장치는 종래의 BOD 특정 장치와 연계하여 부착하거나 단독으로 사용 가능할 뿐만 아니라 소형으로 제작할 수 있으므로, 처리장 내에서의 공간확보 및 전체적인 경제성 측면에서 보다 합리적인 용해성 BOD 및 폐수 전처리 장치로 이용할 수 있다.
본 발명의 폐수의 부유물 여과장치는 오ㆍ폐수 뿐만아니라 각종 상수, 하천수, 호수수 또는 해수 등의 정확한 BOD 등의 측정이 필요한 곳에서 부유물의 여과장치로서 사용이 가능하다.

Claims (6)

  1. 부유성 고형물을 포함하는 오ㆍ폐수, 하천수, 호수수 및 해수 등의 여과장치에 있어서,
    유입부(2)로부터 고속으로 분사된 폐수를 여과하기 위하여 망체로 만들어지며, 경사면을 따라서 폐수의 접선 흐름이 발생하도록 꼭지 부분이 상기 유입부(2) 아래에 위치되는 원추 형상의 여과기(3)와;
    상기 여과기(3)에서 여과되지 않은 폐수와 고형물을 외부로 배출시키기 위하여 상기 여과기(3)의 주위에 배치된 경사판(5)에 제공되는 고형물 배출부(6);
    상기 여과기(3)의 하부에 설치되어 상기 여과기(3)에 의해 여과된 여액을 일시적으로 저류하는 침전조(8)와;
    상기 침전조(8)에 저류된 여액을 채취하기 위하여 상기 침전조(8)의 일측에 제공되는 시료 채취부(9)와;
    상기 침전조(8)에 저류된 여액 및 침전물을 외부로 배출시키기 위하여 상기 침전조(8)의 하부에 제공되고, 침전밸브(11)에 의해 개폐되는 침전물 배출관(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 접선 흐름 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 여과기(3)는 상기 경사판(5)에 고정된 원통형 여과기통(4)의 상부에 분리되도록 설치되며, 상기 여과기(3)에 의해 여과된 여액은 상기 여과기통(4) 하부에 제공되는 여액 유출부(7)를 통해 상기 침전조(8)로 보내지는 것을 특징으로 하는 접선 흐름 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유입부(2)는 상기 여과기(3)로부터 간격이 조절되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 접선 흐름 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치.
  4. (삭제)
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 침전조(8)는 상기 침전조(8)로 유입된 폐수의 와류를 감소시키기 위한 배플판(14)이 제공되는 것을 특징으로 하는 접선 흐름 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치.
  6. (삭제)
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