KR100389793B1 - 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생물학적 처리 후 잔존하는 미세 플럭입자(floc), 조류(algae), 상수원수 내의 부유물질 등을 효과적으로 분리 제거함과 동시에 여과층의 세공구조 또는 공극률을 조절하여 우수한 역세척 효율을 가지는 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치에 관한 것으로서, 보다 더 상세하게는 나일론, 폴리에스터, 폴리프로필렌 (PP) 등과 같이 유연성과 내구성을 갖는 소재로 이뤄진 여재(여층)를 2개의 원통형 실린더 사이에 충진시키고 다공판 부재로 구성된 내부 실린더에 여재 압착/이완용 가변장치를 장착하여, 여과시에는 실린더 상부에 고정된 여재 압착/이완용 작동실린더가 하부로 이동하면서 여층을 압착하여 여과 효율을 극대화시키고, 역세척시에는 여재 압착/이완용 작동실린더가 상부로 이동하면서 여층을 이완시킴과 동시에 역세척용 작동실린더가 상하 왕복 운전을 반복하면서 하부 혹은 상부에서 역세척용 공기와 역세척수를 공급하여 역세척 효율을 극대화시킬 수 있는 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 유연성 섬유사 필터층을 여재 압착/이완용 다공판에 장착된 여재 압착/이완용 가변장치에 의해 압착/이완시킴으로써, 하 · 폐수 및 오수중에 존재하는 미세 플럭입자, 조류(algae), 상수원수 내의 부유물질 등을 효과적으로 분리 · 제거함과 동시에 여과층의 세공구조 또는 공극율을 조절하여 우수한 역세척 효율을 획득할 수 있는 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치에 관한 것이다.
일반적으로 하 · 폐수 및 오수 내에 환경을 오염시키는 오염물질은 용존성 (0.1㎛ 이하)과 부유성 (0.1㎛ 이상)으로 대별화되며 하 · 폐수, 오수, 공업용수 및 호소수 등 각종 용수에는 각종 부유물질(Suspended Solids)을 함유하고 있다. 여기서, 상기 부유물질은 0.1미크론 이상의 크기로 된 입자(유기물과 무기물)로 이루어진 고형물질로서, 물을 현탁시키게 되므로 현탁물질이라고도 일컬어진다.
상기 부유물질(현탁물질)을 함유한 물은 그 상태로 가정이나 산업현장 등에서 일반용수로 사용하기에는 부적합하다. 따라서 이들 용수에 존재하는 부유물질을 처리하여 사용함으로써 상수 및 수자원을 절약하여 에너지 절감효과를 높이는 수처리용 여과기가 개발되어 왔다.
여과장치의 성능을 보다 향상시키기 위하여 섬유사를 여재로 사용하고, 여과기의 하단에 여재를 고정시켜, 원수 공급압력으로 여재를 압착시키고, 공기와 세척수 공급압력으로 여재를 팽창시키는 여과장치가 공지(등록번호 10-0241198, 출원번호 10-1997-0050047, 출원일자 1997-09-30, 명칭; 가변필터층을 갖는 여과장치)되어 있으나, 이 방법은 여층이 단층이고 여재의 압착 정도가 원수 공급압력에 의하여 결정되기 때문에, 부유물질의 포획공간이 적어 여과지속시간이 짧고, 세척빈도가 잦으며, 유입수의 수질변동에 대처하기가 쉽지 않고, 목적하는 수질과 수량을임의로 조절하기가 어려운 단점이 있다. 그래서 공극 제어형 여과장치(공개번호 특2000-0072266, 출원번호 10-2000-0049089, 출원일자 2000-08-24, 명칭; 공극제어형 여과장치)가 개발 공지되었으나, 이 방법은 스프링과 공극제어낭으로 인한 복원력과 반발력으로 여층을 압착/이완시켜 여과 및 역세척을 이루는 여과장치로서, 장치내부에 공극제어낭 및 스프링이 별도로 장착이 되므로 여재 교체시 상당한 불편이 따르고, 공극제어낭의 압착력은 한계가 있을 뿐 아니라 장기적으로 장치 사용을 할 경우 스프링의 탄성력이 소진되어 여재의 압착/이완시 문제가 발생하게 되는 문제점을 안고 있다.
따라서 상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명자가 개발하여 특허 출원한 유연성 섬유사를 이용한 용액속의 부유고형물질 분리장치(등록번호 10-0324727, 출원번호 10-1999-0013396, 출원일자 1999-04-15, 명칭; 유연성 섬유사를 이용한 용액속의 부유고형물질 분리장치 및 그 방법)가 있는데, 이는 여재로 사용한 섬유사의 길이에 따라 여층 깊이와 입자 포획공간의 임의 조절이 가능하고 유연성 섬유사의 집적밀도에 따라 공극율과 공극의 크기, 입자 포획량 및 여과수질의 조절이 쉬우며 공급원수의 수질변화에 대처가 용이한 여과장치이나, 유연성과 신축성이 있는 섬유사의 집적방법에 있어 기계화가 어렵고 낮은 여과속도로 인한 여과장치의 크기가 커지는 점 등의 단점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명자가 개발하여 특허 출원한 수중 부유물질 여과장치(등록번호 10-0324727, 출원번호 10-1999-0013396, 출원일자 1999-04-15, 명칭; 유연성 섬유사를 이용한 용액속의 부유고형물질 분리장치 및 그 방법)는 여층을 통과하는 물의 흐름이 충진된 여재의 길이방향과 동일하게 함으로써 (co-current) 여재 여과원리와 길이 방향으로 충진한 여재에 의한 모세관 현상을 주여과 원리로 채택한 여과장치이기 때문에 섬유사의 충진문제를 쉽게 함은 물론 여과속도를 크게 증가시켜 장치의 크기를 작게 한 것이 특징이나 5㎛ 이하의 수중 부유물질을 제거하기가 어려운 단점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래의 여과장치에서 나타난 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 부유물질의 종류 및 크기, 상태 등에 상관없이 수중에 포함된 5㎛ 이상의 부유물질을 여과할 수 있도록 여재 필터증(여층)의 깊이와 여층 공극을 자유로이 조절할 수 있으며, 여과 및 역세척 공정을 보다 더 효율적으로 수행할 수 있도록 된 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 여과 및 역세척 효율을 극대화시키기 위해 여재 압착/이완용 가변장치가 장착된 여재 압착/이완용 다공판 부재 외측에 여재를 충진시켜, 여과시에는 다공판 부재 구동용 작동실린더(actuator)의 구동으로 여재 압착/이완용 가변장치 구동축이 하향으로 작동하면 여재 압착/이완용 가변장치에 부착된 복수개의 여재 압착/이완용 다공판 부재가 여재를 압착시켜 여과효율을 극대화하고, 역세척시에는 다공판 부재 구동용 작동실린더를 상승시켜 여재를 이완시킴과 동시에 역세척용 작동실린더의 구동으로 유연성 섬유사 여재를 상하 왕복시키고, 상부 혹은 하부에서 물과 공기를 이용해 여재에 부착된 부유물질을 완벽하게 털어내는 여과장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 대용량의 원수를 처리하는데 적합하도록 다수의 여과장치를 병렬로 조합하여 처리용량을 증가시킬 수 있는 병렬 여과시스템을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 내부유입/외부유출형 여과장치의 여과 공정시의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 내부유입/외부유출형 여과장치의 역세척 공정시의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 외부유입/내부유출형 여과장치의 여과 공정시의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 외부유입/내부유출형 여과장치의 역세척 공정시의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 유연성 섬유사 여재의 압착/이완용 다공판 부재의 구성도로서,
도 5a는 상기 여재 압착/이완용 다공판 부재가 팽창했을 때의 정면 상태 구성도,
도 5b는 상기 여재 압착/이완용 다공판 부재가 수축했을 때의 정면 상태 구성도,
도 5c는 상기 여재 압착/이완용 다공판 부재의 팽창 및 수축 상태를동시에 나타낸 평면 상태 구성도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치의 유연성 섬유사 여재를 고정하기 위한 상부 및 하부 원판부재의 구성도.
도 7a, 7b, 7c 및 7d는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치의 외통 자켓 및 외통 구조물의 실시예도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 역류 방지용 격막장치 및 본 여과장치 내에 장착된 실시예도.
도 9, 도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치의 실험 실시예의 그래프도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 여과장치
2 : 여과장치 외통 자켓
3 : 여과장치 외통 구조물
4 : 유연성 섬유사(여재)
5 : 여재 압착/이완용 다공판 부재
6 : 상부여재 고정용 다공원판 부재
7 : 하부여재 고정용 다공원판 부재
7a : 여재 고정구
7b : 역세척용 공기 분배구
8 : 상부 플랜지
9 : 하부 플랜지
10 : 다공판 부재 구동용 작동 실린더(actuator)
11 : 여재 압착/이완용 가변장치 구동축
12 : 여재 압착/이완용 가변장치 구동축
13 : 역세척용 작동 실린더(actuator)
14 : 용접용 신축관
15 : 상부 역류 방지용 격막장치
16 : 하부 역류 방지용 격막장치
17 : 여과 원수 공급 밸브
18 : 역세척수 공급 밸브
19 : 역세척된 농축수 배출 밸브
20 : 역세척용 공기공급 밸브
21 : 여과수 배출 밸브
24 : 여과유출수 집수관
25 : 여과원수 집수관
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치는, 수중에 포함된 부유물질(Suspended Solid)을 여재(filtering medium)를 통해 여과하며, 상기 여재에 포획된 부유물질을 탈리시켜 상기 여재를 세척할 수 있도록 된 수중 부유물질 여과장치에 있어서, 스테인레스 또는 FRP(fiberglass reinforced plastic) 재질로 이루어지며 그 표면에 유체가 통과할 수 있는 구멍들이 형성되어 있는 드럼 형태의 외통 구조물과; 팽창시에는 그 인접하는 것들과 각각 원을 이루는 형태로 나란히 경계면끼리 접촉함으로써 원통형 드럼 형태의 내통 구조물을 형성하고, 수축시에는 그 각각에 그물구조의 빈공간 형태로 형성된 요철(凹凸) 구조들을 통해 그 인접하는 것들과 각각 엇갈리게 교차 결합됨으로써 수축 형태의 내통 구조물을 형성하도록 된 다공판 부재들과; 상기 여재로서 필터층을 형성하는 유연성 섬유사들이 상기 외통 구조물과 내통 구조물 사이에 배치되도록 상기 유연성 섬유사들을 등간격으로 장착하기 위한 구멍들이 형성된 중공 원판 형태의 상부/하부 섬유사 고정용판과; 상기 다공판 부재들의 팽창 및 수축을 통해 상기 유연성 섬유사들의 배치 공극을 조절하여 상기 유연성 섬유사들이 압착 또는 이완되게 하기 위한 여재 압착/이완용 작동 실린더와; 상기 여재 압착/이완용 작동 실린더에 장착되어 상기 다공판 부재들을 팽창 또는 수축시키는 여재 압착/이완용 가변장치와; 상기 외통 구조물과 같은 형태로 상기 외통 구조물의 외곽에 설치되어 여과원수 또는 여과수 또는 역세척수와 같은 대상 유체의 유입, 유출을 담당하는 외통 자켓과; 여과 공정시 상기 여재가 압착된 상태에서 상기 다공판 부재들과 상기 상부/하부 섬유사 고정용판 사이의 여재의 압착이 이루어지지 않는 공간을 통하여 유입된 원수가 여과되지 않고 배출되는 것을 방지하기 위한 상/하부 역류 방지용 격막장치; 및 여재에 포획된 각종 부유물질의 탈리를 용이하게 하기 위한 역세척용 작동 실린더를 포함하고, 상기 하부 섬유사 고정용판에는 역세척 공정시 역세척 공기를 공급하기 위한 역세척용 공기 분배구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 여과 공정시 상기 여재 압착/이완용 작동 실린더가 하부로 이동하여 상기 다공판 부재들을 최대로 펼침으로써 상기 여재를 압착하도록 된다.본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 여과장치의 역세척 공정시 여재 압착/이완용 작동 실린더가 상승하여 상기 다공판 부재들을 오므려 상기 여재를 이완시킨 상태에서 역세척수와 역세척용 공기의 공급 및 상기 역세척용 작동 실린더의 상하 왕복 운동을 통해 상기 여재에 포획된 부유물질을 털어내도록 된다.본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 여과장치는 대상 유체를 내부로 유입되게 하여 내부에서 바깥으로 유출시키기 위한 외부 자켓과 배관 부재를 구비하거나, 상기 대상 유체를 바깥으로부터 유입되게 하여 내부로 유출시키기 위한 외부 자켓과 배관 부재를 구비한다.본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 유연성 섬유사들에 의해 형성된 여과층의 공극과 여과수의 수질을 조절하기 위해 상기 여재의 충진밀도 또는 여재 압착/이완용 가변장치의 길이를 조절할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.도 1은 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 내부 상부유입/외부 하부유출 방식의 여과장치 구성도로서, 여과공정시의 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 내부 상부유입/외부 하부유출 방식의 여과장치 구성도로서, 역세척 공정시의 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 외부 상부유입/내부 하부유출 방식의 여과장치 구성도로서, 여과공정시의 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 외부 상부유입/내부 하부유출 방식의 역세척 공정시의 도면이다. 도 5a는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치의 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)로서 여과시 여재를 압착한 상태, 즉 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)이 펴진 상태의 구성도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치의 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)로서 역세척시 여재를 이완한 상태, 즉 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)가 오므려진 상태의 구성도이며, 도 5c는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치의 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)로서 여과시와 역세척시 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)의 변화된 모습을 나타낸 구성도이다. 도 6a는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치의 상부 여재 고정용 다공 원판부재의 구성도로서 여재 충진에 필요한 여재 고정구의 배열상태를 나타내었으며, 도 6b는 하부 여재 고정용 다공 원판부재의 구성도로서 여재 충진에 필요한 여재 고정구와 역세척시 하부로 유입된 역세척용 공기가 여층으로 골고루 분배 주입될 수 있도록 하는 역세척용 공기분배구가 여재 고정구와 이중 배열구조로 되어 있는 상태를 나타내었다. 도 7a 및 7b는 각각 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 내부유입/외부유출형 여과장치(도 1)(도 2)의 여과수 유출을 위한 외통 구조물과 외통 자켓의 실시예도이고, 도 7c 및 7d는 각각 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 외부유입/내부유출형 여과장치(도 3)(도 4)의 여과 원수 유입을 위한 외통 구조물과 외통 자켓의 실시예도이다. 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치의 상부 및 하부 역류 방지용 격막장치의 구성도를 나타낸 실시예도이다.도 1 내지 도 8를 참조하면, 본 발명에 따른 여과장치(1)는 수중에 포함된 부유물질(Suspended Solid)을 여재(filtering medium)를 통해 여과하며, 상기 여재에 포획된 부유물질을 탈리시켜 상기 여재를 세척할 수 있도록 된 수중 부유물질 여과장치로서, 스테인레스 또는 FRP(fiberglass reinforced plastic) 재질로 이루어지며 그 표면에 유체가 통과할 수 있는 구멍들이 형성되어 있는 드럼 형태의 외통 구조물(3)과; 팽창시(도 5a 참조)에는 그 인접하는 것들과 각각 원을 이루는 형태로 나란히 경계면끼리 접촉함으로써 원통형 드럼 형태의 내통 구조물을 형성하고, 수축시(도 5b 참조)에는 그 각각에 그물구조의 빈공간 형태로 형성된 요철(凹凸) 구조들을 통해 그 인접하는 것들과 각각 엇갈리게 교차 결합됨으로써 수축 형태의 내통 구조물을 형성하도록 된 다공판 부재들(5)과; 상기 여재로서 필터층을 형성하는 유연성 섬유사들(4)이 외통 구조물(3)과 내통 구조물(5) 사이에 배치되도록 유연성 섬유사들(4)을 등간격으로 장착하기 위한 구멍들(6a)(7a)이 형성된 중공 원판 형태의 상부/하부 섬유사 고정용판(6)(7)과; 다공판 부재들(5)의 팽창 및 수축을 통해 유연성 섬유사들(4)의 배치 공극을 조절하여 상기 유연성 섬유사들(4)이 압착 또는 이완되게 하기 위한 여재 압착/이완용 작동 실린더(10)와; 여재 압착/이완용 작동 실린더(10)에 장착되어 다공판 부재들(5)을 팽창 또는 수축시키는 여재 압착/이완용 가변장치(rod arm)(12)와; 외통 구조물(3)과 같은 형태로 외통 구조물(3)의 외곽에 설치되어 여과원수 또는 여과수 또는 역세척수와 같은 대상 유체의 유입, 유출을 담당하는 외통 자켓(2)과; 여과 공정시 유연성 섬유사들(4)이 압착된 상태에서 다공판 부재들(5)과 상부/하부 섬유사 고정용판(6)(7) 사이의 유연성 섬유사들(4)의 압착이 이루어지지 않는 공간을 통하여 유입된 원수가 여과되지 않고 배출되는 것을 방지하기 위한 상/하부 역류 방지용 격막장치(15)(16); 및 여재에 포획된 각종 부유물질의 탈리를 용이하게 하기 위한 역세척용 작동 실린더(13)를 포함하고, 하부 섬유사 고정용판(7)에는 역세척 공정시 역세척 공기를 공급하기 위한 역세척용 공기 분배구(7b)가 형성된다.본 발명 여과장치(1)에 있어서, 상기 다공판 부재들(5)은 작동 실린더(10)와 가변장치(12)의 작동에 의해 유연성 섬유사들(4)로 이루어진 여재를 내측 또는 외측의 방사상 방향으로 이동시켜 상기 여재의 단위면적당 밀도를 조절하게 함으로써 여층의 공극을 변화시켜 여과되는 부유물질의 크기를 조절한다.본 발명 여과장치(1)에 있어서, 상기 상부 및 하부 여재 고정용 다공원판 부재(6)(7)에 여재(유연성 섬유사들) 고정을 위한 구멍(6a)(7a)은 정삼각형 배열을 이루도록 한다.본 발명 여과장치(1)에 있어서, 역세척시 다공판 부재 구동용 작동실린더(10)의 작동으로 여재 압착/이완용 가변장치 구동축(11)이 상승하면 여재 압착/이완용 가변장치(12)가 수직방향으로 향하면서 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)이 수축하게 되며, 상기 여재 압착/이완용 다공판 부재(5)들은 이들 각각이 경계면끼리 인접할 때 그 내부 공간을 줄이기 위해 인접한 상기 여재 압착/이완용 다공판 부재(5)들 각각이 요철(凹凸) 형태로 교차 결합되게 이루어진다.본 발명의 여과장치(1)에 있어서, 상기 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)은 적어도 8개 이상이며 그 개수가 많을수록 요철(凹凸) 끝 부분의 이완된 섬유사 방향으로 돌출되는 길이가 최소화된다.본 발명의 여과장치(1)에 있어서, 상기 여과장치의 몸체는 2개의 원통형 실린더로 이루어지며, 내부 원통형 실린더는 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)로 구성되고, 여재 압착/이완용 가변장치(12)에 연결되어 있으며 여과시 압착되고, 역세척시 이완될 수 있도록 다수개의 다공판 부재들로 이루어진다. 외부 원통형 실린더는 자켓(jacket) 형으로, 자켓 내측은 다공형 실린더 형상의 외통 구조물(3)로 이루어진다. 외통 구조물(3) 외곽에는 전술한 바와 같이 외통 구조물(3)과 같은 형태로 설치되어 여과원수 또는 여과수 또는 역세척수와 같은 본 발명의 여과장치(1)에 이용되는 대상 유체의 유입, 유출을 담당하는 외통 자켓(2)가 설치된다.본 발명 여과장치(1)에 있어서, 상부 및 하부 여재 고정용 다공원판 부재(6)(7)와 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5) 사이에는 여재가 압착되지 않아 여재의 압밀도가 낮게 유지되는 부분이 형성되므로 이들 부분으로 유입된 원수가 여과되지 않고 유출되는 것을 방지하기 위해 여재 압착/이완용 다공판 부재 상부 끝보다 다소 낮은 위치와 하부 끝보다 다소 높은 위치에 역류 방지용 격막장치(15)(16)가 설치된다.상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치의 구성을 도 1 내지 도 11을 참조하여 보다 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치(1)는, 여재로서 작용하는 소정의 유연성 섬유사들(4)을 고정시키기 위해 등간격으로, 바람직하게는 정삼각형 형태로 배치된 다수의 구멍이 있는 상부 및 하부 섬유사 고정용판(6)(7)를 구비한다. 상부 및 하부 섬유사 고정용판(6)(7)에 형성되는 여재 고정구(6a)(7a)는 바람직하게 동일한 구조를 가지나 상부 섬유사 고정용판(6)은 역세척시 역세척 효과를 높이기 위해 역세척용 작동 실린더에 의해 상하이동이 가능한 구조로 되어 있으며 하부 섬유사 고정용판(7)에는 역세척시 역세척 공기가 여재 내부로 주입될 수 있도록 여재 고정구(7a) 사이에 역세척용 공기분배구(7b)가 겸비되어 있으며, 여과장치(1)에 고정되어 있다. 즉, 상부 섬유사 고정용판(6)에 형성된 여재 고정구(6a)들과 하부 섬유사 고정용판(7)에 형성된 여재 고정구(7a)들은 상호간에 대응되게 동일한 형태로 형성된다. 섬유사 고정용판(6)(7)에 형성되는 구멍들은 등간격으로 배치되기 때문에 이들 구멍에 의해 고정되는 유연성 섬유사들(4) 간의 간격 또한 일정하게 된다. 따라서, 등간격으로 배치된 유연성 섬유사들(4)에 의해 포획되는 부유물질이 균일하게 여과된다.
그리고 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치(1)는 유연성 섬유사들(4)에 포획된 각종 부유물질을 역세척할 때, 상부 섬유사 고정용판(6)과 하부 섬유사 고정용판(7)에 의해 고정된 유연성 섬유사들(4)에 의해 형성된 여재 층을 상하로 운동시켜 유연성 섬유사들(4)에 포획된 각종 부유물질의 탈리를 용이하게 하는 역세척용 작동실린더(13) 및 상부 섬유사 고정용판(6)의 왕복 행정운동을 용이하게 하기 위한 가이드레일을 구비한다. 역세척용 작동실린더(13)는 도시한 바와 같이 연결부재인 용접용 신축관(14)을 통해 상부 섬유사 고정용판(6)과 연결된다.도 1은 다공판 부재 구동용 작동실린더(10)의 구동으로 여재 압착/이완용 가변장치 구동축(11)이 하향으로 작동하면 여재 압착/이완용 가변장치(12)가 방사형으로 펴져서 상부 및 하부 섬유사 고정용판(6)(7) 사이에 고정된 유연성 섬유사들(4)가 팽팽하게 되어 압착된 상태에서의 여과공정을 도시한 것이고, 도 2는 다공판 부재 구동용 작동 실린더(10)의 구동으로 여재 압착/이완용 구동축(11)이 상향으로 작동하면 여재 압착/이완용 가변장치(12)가 수축되어 여재, 즉 유연성 섬유사들(4)이 이완된 상태에서의 역세척 공정을 도시한 것이다.
도 1 및 도 3은 다공판 부재 구동용 작동실린더(10)의 작용에 의해 여재 압착/이완용 가변장치 구동축(11)이 하향 운동하여 상부 및 하부 섬유사 고정용판(6)(7) 사이에 고정된 유연성 섬유사들(4)이 팽팽하게 유지된 상태를 도시한 것이고, 도 2 및 도 4는 다공판 부재 구동용 작동실린더(10)의 작용에 의해 여재 압착/이완용 구동축(11)이 상향 운동하여 상부 및 하부 섬유사 고정용판(6)(7) 사이에 고정된 유연성 섬유사들(4)이 느슨하게 유지된 상태를 도시한 것이다. 역세척 공정시, 다공판 부재 구동용 작동실린더(10)와 역세척용 작동실린더(13)는 소정의 공지된 제어장치(미도시)에 의해 구동 제어될 것이라는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
또한, 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치(1)는 상부 및 하부 섬유사 고정용판(6)(7)에 형성된 다수의 구멍(6a)(7b)에 의해 충진된 유연성 섬유사들(4)을 도시한 바와 같이 방사상 방향으로 내측 또는 외측으로 이동시켜 유연성 섬유사들(4)의 단위면적당 밀도를 변화시킴으로써(즉, 유연성 섬유사들의 압착정도를 변화시킴으로써) 유연성 섬유사들(4)들에 의해 여과되는 수중 부유물질의 크기를 조절할 수 있도록 하는 복수개의 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)을 구비한다. 도 1 및 도 3은 상기 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)에 의해 여재인 유연성 섬유사들(4)이 최대로 압착된 상태를 도시하고, 도 2 및 도 4는 상기 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)에 의해 여재인 유연성 섬유사들(4)이 최대한 이완된 상태를 도시한다. 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)은 도 5a 및 도 5c에 도시한 바와 같이 인접한 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)들이 경계면끼리 인접할 때(팽창) 원통 실린더 형상을 형성하고, 도 5b 및 도 5c에 도시한 바와 같이 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)에 의해 형성되는 그 내부 공간을 줄이기 위해(수축) 인접한 다공판 부재들(5)이 어긋나게 요철(凹凸) 형태로 교차 결합될 수 있다. 도 5c에서 상기 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)이 바람직하게 8개인 것으로 도시되었지만, 설계적인 측면을 고려하여 그 개수를 다양하게 할 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
한편, 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치(1)는 상기 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)의 방사상 이동을 구동제어하기 위한 다공판 부재 구동용 작동실린더(10)를 포함하며, 이 다공판 부재 구동용 작동실린더(10)는 역세척용 작동실린더(13)와 마찬가지로 소정의 공지된 제어장치(미도시)에 의해 구동된다. 다공판 부재 구동용 작동실린더(10)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 여재 압착/이완용 가변장치 구동축(11)과 연결되며, 여재 압착/이완용 가변장치 구동축(11)은 여재 압착/이완용 가변장치(12)와 연결된다. 여재 압착/이완용 가변장치(12)는 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)과 연결되어 다공판 부재 구동용 작동실린더(10)의 작동에 따라 상기 다공판 부재들(5)을 방사상으로 이동시킨다.
본 발명의 여과장치에 있어서 도 1 내지 도 4를 참고하면 내부 상부유입/외부 하부유출형 여과장치(도 1)(도 2)에는 여과수 유출용 자켓이 설치되어 있는 반면, 외부 상부유입/내부 하부유출형 여과장치(도 3)(도 4)에는 유입수 분배용 자켓이 설치된다. 이 때 여과수 유출용 자켓 및 유입수 분배용 자켓은 압력손실을 최소화할 수 있는 외통 구조물(3)과 외통 자켓(2) 형태의 내부구조로 이루어진다.
또한, 본 발명의 여과장치에 있어서 도 8a 및 8b를 참고하면 상부 및 하부 섬유사 고정용판(6)(7)와 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5) 사이에는 여재의 압밀도가 낮게 유지되는 부분이 형성되므로 이들 부분으로 유입된 원수가 여과되지 않고 유출되는 것을 방지하기 위해 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5) 상부측보다 다소 낮은 위치와 하부측보다 다소 높은 위치에 역류 방지용 격막장치(15)(16)가 설치되는 구조로 되어 있다.
또한, 본 발명의 여과장치에 있어서 도 1 내지 도 4를 참고하면 여과장치(1) 하부의 구조는 여과수나 역세척시 농축된 역세척수의 원활한 배출을 위해 깔때기 형상의 하부 집수구로 되어 있으며, 상기 하부집수조 하단에는 여과수 배출구 또는 농축된 역세척수 배출구가 설치되며, 역세척시 역세척용 공기를 공급하기 위해 하부 여재 고정용 다공 원판부재에 형성되어 있는 역세척용 공기 분배구(23)를 통해 공급되도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 수중 부유물질 여과장치의 작용을 도 1 내지 도 11를 참조하여 설명한다.
본 발명의 여과장치는 유입 및 유출 형태를 변경하여 운전 가능하다. 운전 모드는 내부 실린더로 유입되는 내부유입/외부유출형과 외부 자켓형 실린더로 유입되는 외부유입/내부유출형으로 나뉘며 각각의 운전 형태에 따라 원수 유입부/여과 유출부/역세척수 유입부/역세척수 유출부로 구분되며 여과원수 유입방법에 따라 집수관의 위치가 결정된다. 각각의 운전모드에 있어서 여과원수 유입과 여과수 유출 방법, 여과 원수 유입 집수관(25)과 여과수 유출 집수관(24)의 설치 위치/방법을 제외하면 여과 및 역세척 운전 조작이 동일하다.
여과 공정시 여과 원수 공급밸브(17) 및 여과수 배출 밸브(21)가 열리게 되며, 다공판 부재 구동용 작동실린더(10)의 구동으로 여재 압착/이완용 가변장치 구동축(11)이 하향으로 이동하면 여재 압착/이완용 가변장치(12)가 방사형으로 벌려지고 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)이 최대로 펼쳐짐으로써 여재인 유연성 섬유사들(4)을 압착하게 된다. 이때 여과 원수 공급밸브(17) 및 여과수 배출 밸브(21)가 열리고, 역세척수 공급 밸브(18)와 역세척용 공기 공급 밸브(20) 및 농축수 배출밸브(19)가 닫히게 되면 여과 공정이 시작된다. 이 경우 도 1, 도 2와 같은 내부유입/외부유출형 여과장치인 경우 여과장치 내부로 유입된 여과원수가 압착된 여과층을 통과하면서 여층 공극보다 큰 입자는 여층에서 포획되고 여과수는 여과장치 외통 구조물(3)로부터 여과수 유출수 집수관(24)을 통해 배출된다. 반면에 도 2, 도 3과 같은 외부유입/내부유출형 여과장치인 경우 여과장치 상부 역류 방지용 격막장치(15)(16)에 아래에 형성된 여과원수 집수관(25)으로 유입된 여과원수가 외통 자켓(2)으로부터 외통 구조물(3)을 통해 압착된 여과층을 통과하면서 여층 공극보다 큰 입자가 여층에 포획된 후 여과수는 여재 압착/이완용 다공판 부재(5)를 통해 여과장치 내부에 수집되고 여과장치 내부의 집수장치에 설치된 여과수 유출관을 통해 배출된다. 이때 유입수는 여과층 측면 전체를 통하여 여과가 이루어지므로 여과 면적이 종래에 비하여 크게 증가되어 여과지속시간이 크게 향상되었다. 또한 여재의 충진밀도 혹은 여재 압착/이완용 가변장치(12)의 길이를 조절함으로써 여층의 공극을 조절할 수 있으므로 유출수 수질을 자유자재로 조절 가능하다. 설정된 시간의 경과, 설정된 압력 이상 혹은 설정된 여과 수량 이하가 될 경우 곧바로 역세척 공정으로 전환이 이루어진다.
역세척 공정시 여과 원수 공급 밸브(17) 및 여과수 배출 밸브(21)는 잠기게 되며, 역세척 공기 공급 밸브(20), 역세척수 공급 밸브(18) 및 농축액 배출 밸브(19)가 열리게 된다. 또한 다공판 부재 구동용 작동 실린더(10)의 구동으로 여재 압착/이완용 가변장치 구동축(11)이 상향으로 이동하며 여재 압착/이완용 가변장치(12)에 의해 여재 압착/이완용 다공판 부재들(5)이 수축하면 여층이 이완되고 본 상태에서 역세척 공정이 진행된다. 바람직하게는 역세척수를 원수공급량의 0.1∼1%로써 부유물질을 털어주고 난 후, 역세척용 공기 주입구(20)를 통해 역세척용 공기를 주입함과 동시에 역세척용 작동 실린더(13)를 작동시켜 여층에 상하부로 강한 진동을 주어 완벽한 역세척을 하게 되며 역세척된 농축수는 여과장치 하부 깔때기 형상의 하부 집수조를 통하여 농축수 배출구로 배출된다. 본 과정은 여재 내에 축적된 부유물질 농도 및 성상에 따라 1회∼5회 반복하여 여재를 깨끗하게 유지하게 한다. 본 역세척 공정은 여과층의 세공구조를 변화시켜 가압공기와 역세척수가 여재와 접촉하는 기회와 면적이 증가하게 되며, 가압공기와 역세척수 및 상하부의 진동에 의해 형성되는 난류를 증가시키게 되어 역세척 효과가 탁월하다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
<실시 예 - 하수처리>
B시 J하수처리장에 지름 600mm, 길이 1,500mm 크기의 본 여과장치를 설치하여 6개월간 운전한 결과, 일평균 유량이 5,000m3/day에 달했으며, 유입수 평균 부유성 고형물질(SS) 8.3ppm, 유출수 평균 SS 0.2ppm으로 제거효율이 97.5%에 달했다. 입경별 제거효율에 있어서는 1∼3㎛에서 72%, 3∼5㎛에서 80%, 5∼8㎛에서 85%, 8㎛ 이상에서는 90% 이상의 제거효율을 유지하였는데, 이와 관련한 도면을 도 9 내지 도 11에 참고적으로 나타내 보였다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치는, 여과시와 역세척시에 여과층의 세공구조를 변화시킴에 의해, 처리수의 수질과 여과속도를 임의로 조절할 수 있고, 여과저항의 증가속도를 억제하고 여과지속시간을 연장시켜 역세척빈도와 역세척에 소요되는 시간과 역세척수량을 획기적으로 줄일 수 있는 이점을 제공한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
Claims (8)
- 수중에 포함된 부유물질(Suspended Solid)을 여재(filtering medium)를 통해 여과하며, 상기 여재에 포획된 부유물질을 탈리시켜 상기 여재를 세척할 수 있도록 된 수중 부유물질 여과장치에 있어서,스테인레스 또는 FRP(fiberglass reinforced plastic) 재질로 이루어지며 그 표면에 유체가 통과할 수 있는 구멍들이 형성되어 있는 드럼 형태의 외통 구조물;팽창시에는 그 인접하는 것들과 각각 원을 이루는 형태로 나란히 경계면끼리 접촉함으로써 원통형 드럼 형태의 내통 구조물을 형성하고, 수축시에는 그 각각에 그물구조의 빈공간 형태로 형성된 요철(凹凸) 구조들을 통해 그 인접하는 것들과 각각 엇갈리게 교차 결합됨으로써 수축 형태의 내통 구조물을 형성하도록 된 다공판 부재들;상기 여재로서 필터층을 형성하는 유연성 섬유사들이 상기 외통 구조물과 내통 구조물 사이에 배치되도록 상기 유연성 섬유사들을 등간격으로 장착하기 위한 구멍들이 형성된 중공 원판 형태의 상부/하부 섬유사 고정용판;상기 다공판 부재들의 팽창 및 수축을 통해 상기 유연성 섬유사들의 배치 공극을 조절하여 상기 유연성 섬유사들이 압착 또는 이완되게 하기 위한 여재 압착/이완용 작동 실린더;상기 여재 압착/이완용 작동 실린더에 장착되어 상기 다공판 부재들을 팽창 또는 수축시키는 여재 압착/이완용 가변장치;상기 외통 구조물과 같은 형태로 상기 외통 구조물의 외곽에 설치되어 여과원수/여과수/역세척수와 같은 상기 여과장치에 이용되는 대상 유체의 유입/유출을 담당하는 외통 자켓;여과 공정시 상기 여재가 압착된 상태에서 상기 다공판 부재들과 상기 상부/하부 섬유사 고정용판 사이의 여재의 압착이 이루어지지 않는 공간을 통하여 유입된 원수가 여과되지 않고 배출되는 것을 방지하기 위한 상/하부 역류 방지용 격막장치; 및여재에 포획된 각종 부유물질의 탈리를 용이하게 하기 위한 역세척용 작동 실린더를 포함하고,상기 하부 섬유사 고정용판에는 역세척 공정시 역세척 공기를 공급하기 위한 역세척용 공기 분배구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치.
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- 제1항에 있어서, 상기 여과장치의 여과 공정시 상기 여재 압착/이완용 작동 실린더가 하부로 이동하여 상기 다공판 부재들을 최대로 펼침으로써 상기 여재를 압착하도록 된 것을 특징으로 하는 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치.
- 제1항에 있어서, 상기 여과장치의 역세척 공정시, 여재 압착/이완용 작동 실린더가 상승하여 상기 다공판 부재들을 오므려 상기 여재를 이완시킨 상태에서, 역세척수와 역세척용 공기를 공급하면서 상기 역세척용 작동 실린더를 상하 왕복 운동시킴으로써 상기 여재에 포획된 부유물질을 털어내도록 된 것을 특징으로 하는 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치.
- 제1항에 있어서, 상기 여과장치는 대상 유체를 내부로 유입되게 하여 내부에서 바깥으로 유출시키기 위한 외부 자켓과 배관 부재를 구비하거나, 상기 대상 유체를 바깥으로부터 유입되게 하여 내부로 유출시키기 위한 외부 자켓과 배관 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치.
- 제1항에 있어서, 상기 유연성 섬유사들에 의해 형성된 여과층의 공극과 여과수의 수질을 조절하기 위해 상기 여재의 충진밀도 또는 여재 압착/이완용 가변장치의 길이를 조절하도록 된 가변 유연성 섬유사 필터층을 이용한 여과장치.
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