KR100425907B1 - 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하수, 오수, 폐수 및 상수 등을 처리하기 위한 여과장치에 관한 것으로서, 특히 유연성과 신축성을 가지면서 적당한 표면 거칠기를 지니는 유연성 섬유사를 장치의 길이 방향 즉, 여과와 역세척이 이루어지는 방향으로 장착하되, 상기 유연성 섬유사의 하부 끝단은 여재(media) 고정용 하단 플랜지에 고정시키고, 그 상부 끝단은 물과 공기의 흐름에 따라 자유롭게 움직이도록 자유상태로 방치하며, 장치 내부 및 유출관은 상시(常時) 만관(滿管)인 상태로 하고, 충진된 유연성 섬유사들에 의한 여재 여과와 모세관 현상 및 사이펀(siphon) 현상이 달성되도록 함으로써 기존 여과장치에 비해 여과효율, 여과수량, 역세척효율 및 동력비를 획기적으로 개선시킨 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 하수, 오수, 폐수 및 상수 등을 처리하기 위한 여과장치에 관한 것으로서, 특히 충진되는 여재로서 유연성과 신축성을 가지면서 적당한 표면 거칠기를 지니는 유연성 섬유사를 장치의 길이 방향 즉, 여과와 역세척이 이루어지는방향으로 장착하되, 상기 여과수와 역세척 원수 및 역세척용 공기가 주입되는 유연성 섬유사의 하부 끝단은 원수 및/또는 공기 유입구를 포함한 여재 고정판에 고정시키고, 그 상부 끝단은 물과 공기의 흐름에 따라 자유롭게 움직이도록 자유상태로 방치하며, 장치 내부 및 유출관은 상시(常時) 만관(滿管)인 상태로 하고, 빼곡히 들어찬 유연성 섬유사들에 의한 여재 여과와 모세관 현상 및 사이펀(siphon) 현상이 달성되도록 함으로써 기존 여과장치에 비해 여과효율, 여과수량, 역세척효율 및 동력비를 획기적으로 개선시킨 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치에 관한 것이다.
일반적으로 폐수, 오수 및 하수는 환경을 오염시키므로, 1차로 정화시켜 1차 처리수로 만든 후, 강이나 바다로 방류시키게 되는데, 1차로 처리한 1차 처리수 및 공업용수는 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 물(즉, 1차 처리수 및 공업용수)은 그 상태로 가정이나 산업현장에서 일반용수로 사용하기에는 부적합하다. 따라서 전처리수를 2차로 처리하여 사용함으로써 상수 및 수자원을 절약하고, 수처리에 따른 에너지를 절감할 수 있도록 하는 수처리용 여과장치가 개발되어 왔다.
여과장치의 성능을 보다 향상시키기 위하여 섬유사를 여재로 사용하고, 여과장치의 일측부 끝단에 섬유사를 고정시켜 여과원수를 측면에서 유입시키고, 공기와 역세척수를 이용하여 역세척을 하는 여과장치가 종래기술로서 공지(등록번호 10-0354836; 출원번호 10-2001-0013448, 출원일자 2001-03-15, 명칭; 수중 부유물질 여과장치)되어 있으나, 이 수중 부유물질 여과장치는 여과원수를 측부에서 유입시키기 때문에 여과저항이 증가하고, 역세척 공기에 의한 난류 효과가 원활하기 않을 뿐 아니라 역세척시 배출되는 농축액(또는 농축수)이 여과 장치 내에 일정량 잔류하여 하부에 침적되는 단점이 있었다.
상기와 같은 단점을 해결하기 위한 다른 종래기술로서, 유연성 섬유사를 이용한 정밀 여과장치(등록번호 10-0367811; 출원번호 10-2002-0044476; 출원일자 2002-07-27)가 공지되었으나, 이 여과장치는 유연성과 신축성을 갖는 유연성 섬유사를 장치의 길이방향으로 장착한 여과장치로서, 여과원수 유입구와 역세척수 유입구가 별도 장착되어 주변 배관이 복잡하고, 여과장치에 여재교체를 위한 별도의 설비가 구비되지 않아 여재 교체 시 많은 불편함이 따르는 문제점을 안고 있었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래의 여과장치에서 나타난 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 유입수 내에 함유되어 있는 부유물질의 종류 및 크기, 상태 등에 상관없이 부유물질의 여과 및 포획된 오염물질의 역세척 등을 보다 더 효율적으로 수행할 수 있으며, 낮은 여과저항에서 많은 수량의 여과가 가능한 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 여재인 유연성 섬유사를 여과와 역세척이 이루어지는 여과장치 길이 방향으로 충진하고, 원수 및/또는 공기가유입되는 유입구가 형성된 다공판 형태의 여재 고정판을 여재의 하단부에 설치하여 상기 유입구를 통해 원수 및 공기가 전체적으로 균일하게 흐르도록 함으로써 접근유속을 감소시킴과 동시에 여재층 전체를 포획입자 공간으로 활용하여 여과저항을 줄이고 여과지속시간을 증가시킬 수 있는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 여과수 유출부(배출부) 및 농축액 배출부를 이중 자켓 형태로 하고, 상기 여과수 유출부는 여과장치 본체로 부터 측방향인 사방으로 유출되게 함으로써 유출부 저항을 감소시켜 여과 플럭스를 크게 향상시킴과 동시에 역세척시 여재 사이에 포획된 부유물질의 배출을 원활히 할 수 있는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 여과장치 본체의 하부에 설치되는 원수 및/또는 공기 유입구가 형성된 여재 고정판에 유연성 섬유사의 하부를 고정하고, 그 상부 끝단은 유연성이 유지되도록 고정하지 않은 상태로서 여과와 역세척이 이루어지는 여과장치의 길이 방향으로 충진하여 역세척 효율을 높이고 역세척 시간과 역세척수 발생량을 최소화시킬 수 있는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 역세척 공정에서 역세척용 공기 주입시 공기압으로 인해 역세척수가 주입되지 않는 것을 방지하고, 여과가 진행되는 타 모듈로의 공기 역류를 방지하기 위해 여과원수 및/또는 역세척수 유입관과역세척용 공기 유입관의 주입방향이 동일 방향이 되도록 이중 배관 형태가 되도록 구성한 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 여과원수를 역세척수로 사용함으로써 역세척용 처리수조를 없애고, 밸브 및 기타 배관이 단순하고 컴팩트한 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 여과장치에 충진되는 여재로서 유연성과 신축성을 가지면서 적당한 표면 거칠기를 갖는 유연성 섬유사(폴리아마이드, 폴리에스터, 폴리프로필렌 등)를 사용하며, 상기 유연성 섬유사의 굵기는 제거 목표로 하는 수중 부유물질 입자의 크기에 따라 조절할 수 있으며, 제거 목표로 하는 특정 수중 오염물질(콜로이드 이하의 용존물질, 중금속류 등)의 여과제거를 위해 충진되는 유연성 섬유사의 표면에 피흡착성 물질을 피복 및/또는 도포하거나 광화학적 표면개질을 한 여재를 사용할 수 있도록 한 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 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 가능토록 하는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 정면 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 측면 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 평면 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 원수 및/또는 공기 유입구가 포함된 여재 고정판 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 여과수 배출을 위한 다공 원통 부재의 전개도.
도 6은 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 농축액 배출 자켓 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치 하부의 공기/역세척원수/여과원수 유입부의 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의지지대 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 여과 공정시 작용을 설명하는 개념도.
도 10은 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 역세척 공정시 작용을 설명하는 개념도,
도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 실험 실시예의 그래프로서,
도 11은 수중 부유물질(Suspended Solid ; SS)의 입경에 대한 제거효율을 나타낸 그래프,
도 12는 운전기간에 따른 수중 부유물질(Suspended Solid ; SS)의 유입/유출 농도에 따른 제거효율을 나타낸 그래프,
도 13은 운전기간에 따른 압력 및 여과 플럭스(Flux) 변화를 나타낸 그래프,
도 14는 운전기간에 따른 BOD의 유입/유출 농도에 따른 제거효율을 나타낸 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 여과장치 본체(main body) 1a : 하부 플랜지
2 : 여과원수 및/또는 역세척 원수 유입관
3 : 역세척용 공기 유입관 4a : 여과수 유출용 연결관
4b : 여과수 유출관 5a : 농축액 배출용 연결관
5b : 농축액 유출관 6 : 여과수 배출 자켓
6a : 여과수 배출용 다공원통 부재
6b : 여과수 배출용 밀폐형 외통 부재
6c : 여과수 배출구 7 : 농축액 배출 자켓
8 : 원수 및/또는 공기 유입구가 형성된 여재 고정판
8a : 원수 및/또는 공기 유입구 8b : 여재 고정구
9 : 유연성 섬유사(여재)
10 : 여과장치 측부 공기 유입 노즐 11 : 지지대
52 : 여과 원수조 54 : 여과수 저장조
56 : 농축액 저장조 62 : 공기 압축기
64 : 공기 저장 탱크 100 : 여과장치
V1 : 여과수 배출밸브 V2 : 역세척용 공기 유입밸브
V3 : 농축액 배출밸브
P : 여과원수 및/또는 역세척수 유입펌프
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 여과장치는 유입수에 포함된각종 부유물질을 유연성 섬유사로 이루어진 여재를 통해 여과하고, 상기 여재에 포획된 부유물질을 탈리시켜 세척하도록 구성된 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치에 있어서, 상기 유입수의 주요 통로가 되며, 상기 유연성 섬유사가 그 내부에 여과와 역세척이 이루어지는 여과장치의 길이 방향으로 충진되는 여과장치 본체(main body); 외부로부터 유입되는 상기 유입수(여과원수 및/또는 역세척 원수) 및 역세척용 공기의 유입을 상기 여과장치 본체에 유도하기 위해 상기 여과장치 본체의 하부 끝단에 설치되는 이중 배관 형태의 유입관; 상기 여과장치 본체의 하부에 설치되며, 상기 유연성 섬유사 여재를 고정시킬 수 있는 다수개의 고정구들이 형성되고, 유입 원수 및/또는 역세척 원수와 역세척용 공기를 균일하게 공급하기 위한 원수/공기 유입구들이 정삼각 배열로 형성되어 있는 여재 고정판; 상기 여재에 의해 여과가 이루어진 여과수가 상기 여과장치 본체의 측방향 외부로 유출되게 하기 위한 다공 원통 부재와, 상기 다공 원통 부재를 바깥에서 감싸며 상기 다공 원통 부재를 통해 배출되는 상기 여과수가 소정의 유출관을 통해 외부로 배출되게 하기 위한 밀폐형 외통부재로 이루어진 여과수 배출 자켓; 역세척시 역세척된 농축액의 배출을 상기 여과장치 본체의 외부로 유도하기 위해 내부의 여과장치 본체를 바깥에서 감싸며 여과장치 본체의 상부로 상기 농축액이 소정의 유출관을 통해 외부로 배출되게 하기 위한 자켓 형상의 밀폐형 외통부재로 이루어진 농축액 배출 자켓;을 포함하고, 상기 여재 고정판에 그 하부가 고정된 상기 유연성 섬유사의 상부 끝단은 그 어떤 것에도 고정되지 않은 자유 상태로 방치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 여과수 배출 자켓과 관련된 상기 소정의 유출관은, 상기 여과수 배출 자켓에서 하부로 연결되는 연결관과, 상기 연결관과 랩조인트(lap joint) 형태로 체결되는 여과수 유출관으로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 농축액 배출 자켓과 관련된 상기 소정의 유출관은, 상기 농축액 배출 자켓의 측부 하단으로 연결되는 연결관과, 상기 연결관과 랩조인트 형태로 체결되는 농축액 유출관으로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 여과원수 및 역세척수가 상기 유입관으로 유입되어 여과와 역세척이 동일한 방향으로 진행된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 역세척시 역세척수는 연속적으로 유입되는 여과원수로 사용하고, 간헐적으로 유입되는 역세척용 공기가 여과장치 본체내에서 난류를 발생시키고, 이때 형성되는 전단력(shearing stress)으로 여재에 포획된 부유물질(오염물질)의 탈리가 용이하게 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 역세척 공정시 여재에 부착된 입자의 탈리효과를 높이기 위해서 여과장치 하부의 역세척용 공기 유입관에서 유입되는 공기 뿐만 아니라 상기 여과장치 본체의 측부 일부에 설치된 다수개의 공기 노즐을 통해 공기를 주입함으로서 입자의 탈리를 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 역세척시 역세척용 공기는 소정의 공기압축기에서 발생되는 압축공기를 공기저장탱크에 저장한 후 역세척시 공기를 주기적으로 주입함으로써 역세척 공정을 수행하도록 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을이용한 정밀 여과장치의 바람직한 실시예를 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 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치(100)는, 수중에 포함된 각종 부유물질을 여과하고 제거하며, 유연성 섬유사(9)로 이루어진 여재에 포획된 부유물질을 탈리시켜 역세척하도록 구성된 장치로서, 유입수(여과원수 또는 역세척수)의 주요 통로가 되며, 유연성 섬유사(9)가 그 내부에 충진되는 여과장치 본체(1)와; 외부로부터 유입되는 상기 유입수(여과원수 또는 역세척수)를 여과장치 본체(1)에 유도하기 위해 여과장치 본체(1)의 하부 끝단에 설치되는 여과원수 및/또는 역세척 원수 유입관(2); 역세척시 역세척용 공기를 여과장치 본체(1)로 유도하기 위해 여과장치 본체(1)의 하부 끝단의 여과원수 및/또는 역세척 원수 유입관(2) 내부에 삽입되는 이중 배관 형상의 역세척용 공기 유입관(3); 여과장치 본체(1)의 하부에 설치되며, 여재인 유연성 섬유사(9)를 고정시킬 수 있는 다수개의 여재 고정구(8b; 도 4)들이 형성되고, 유입 원수 및/또는 역세척용 공기를 균일하게 공급하기 위한 원수 및/또는 공기 유입구(8a)들이 정삼각 배열로 형성되어 있는 여재 고정판(8); 여재인 유연성 섬유사(9)에 의해 여과되는 여과수가 여과장치 본체(1)의 측방향 외부로 유출되게하기 위한 여과수 배출용 다공 원통 부재(6a)와, 여과수 배출용 다공 원통 부재(6a)를 바깥에서 감싸며 여과수 배출용 다공 원통 부재(6a)를 통해 배출되는 상기 여과수가 소정의 유출관을 통해 외부로 배출되게 하기 위한 여과수 배출용 밀폐형 외통부재(6b)로 이루어진 여과수 배출 자켓(6); 역세척시 역세척된 농축액의 배출을 여과장치 본체(1)의 외부로 유도하기 위해 여과장치 본체(1)의 상부를 바깥에서 감싸며 여과장치 본체(1)의 상부로 상기 농축액이 소정의 유출관을 통해 외부로 배출되게 하기 위한 자켓 형상의 밀폐형 외통부재로 이루어진 농축액 배출 자켓(7);을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 여과수 배출 자켓(6)과 관련된 상기 소정의 유출관은, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 여과수 배출 자켓(6)에서 하부로 연결되는 호(弧; arc) 형태의 여과수 유출용 연결관(4a)과, 상기 호 형태의 여과수 유출용 연결관(4a)과 랩조인트 형태로 체결되는 여과수 유출관(4b)으로 이루어지고, 여과수 배출 자켓(6)의 여과수 배출용 다공 원통 부재(6a)는 바람직하게 여과장치 본체(1)의 일부분에 형성된다. 마찬가지로, 본 발명의 일실시예에 있어서, 농축액 배출 자켓(7)과 관련된 상기 소정의 유출관은, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 농축액 배출 자켓(7)의 측부 하단으로 연결되는 파이프 형태의 농축액 배출용 연결관(5a)과, 상기 파이프 형태의 농축액 배출용 연결관(5a)과 랩조인트 형태로 체결되는 농축액 유출관(5b)으로 이루어지고, 농축액 배출은 여과장치 본체(1)의 상부에서 배출되도록 자켓 형상의 밀폐형 외통 부재로 이루어진 농축액 배출 자켓(7)으로부터 배출된다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 농축액 배출자켓(7)은 도시한 바와 같이 여과장치 본체(1)의 상부에 설치되고, 여과수 배출 자켓(6)은 농축액 배출 자켓(7) 보다 아래에 설치된다.
상기에서 여과수 배출 자켓(6)의 여과수 배출용 다공 원통 부재(6a)에 의해 여과수가 여과장치 본체(1)의 사방으로 유출되므로 여과수의 유출 저항이 극소화되고, 처리수량은 최대로 확보될 수 있다.
충진되는 유연성 섬유사(9) 하부 끝단은 여과장치 본체(1) 하부 플렌지(1a)에 장착되는 원수 및/또는 공기 유입구(8a)가 형성된 여재 고정판(8)에 고정되어 있고 그 상부 끝단은 유연성이 유지되도록 고정되지 않은 상태로 충진된다. 상기 하부 플렌지(1a)와 대응되는 상부 플렌지는 도면부호 1b로 나타내 보였다.
한편, 본 발명은 도 8에 도시한 바와 같이 여과장치(100)를 고정하기 위한 지지대(11)와; 지지대(11)의 상단에 장착되어 유연성 섬유사(9)의 교체시 여과장치(100)를 전후 45°각도로 회전시켜 유연성 섬유사(9)의 교체를 용이하게 해주는 여과장치 걸이용 브라켓(13) 및 여과장치 고정용 U-볼트(12)를 포함한다. 여기서, 상기 여과장치 걸이용 브라켓(13)의 상단에는 상기 여과수 유출관(4b)과 농축액 유출관(5b)이 랩조인트(lap joint) 형태로 체결된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 작용을 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치(100)에 있어서, 여과장치 본체(1)의 하부 끝단에는 하수, 오수, 폐수 및 상수 등의 원수가 유입되는 여과원수 및/또는 역세척용 원수유입관(2)과, 공기가 유입되는 역세척용 공기 유입관(3)이 이중 배관구조 즉, 역세척용 공기 유입관(3)이 상기 원수 유입관(2)에 삽입되어 있는 구조로 설치된다. 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리프로필렌 등의 소재로 구성되는 유연성 섬유사(9)의 하부 끝단은 여과장치 본체(1)의 하부에 설치되는 원수 및/또는 공기 유입구(8a)를 포함한 여재 고정판(8)에 형성된 여재 고정구(8b)에 고정되고, 유연성 섬유사(9)의 상부 끝단은 여과장치 본체(1)의 상부에서 유연성이 유지되도록 자유롭게 방치된다.
도 4를 참조하면, 여재 고정판(8)에는 유연성 섬유사(9)의 일단을 고정하기 위한 여재 고정구(8b)들과, 원수 및 역세척용 원수 그리고 역세척용 공기를 균일하게 유입하기 위한 원수 및/또는 공기 유입구(8a)가 바람직하게 정삼각 배열로 형성된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 여과장치(100)의 상부에는 여과수 배출 자켓(6)과 농축액 배출 자켓(7)이 설치되는데, 이들 자켓(6)(7)은 각각 이중 자켓 구조로 이루어지며, 여과수 배출자켓(6)은 내통의 여과수 배출용 다공 원통 부재(6a)와, 여과수 배출용 밀폐형 외통부재(6b)를 포함하는 구조로 이루어지고, 농축액 배출자켓(7)은 역세척시 발생되는 농축액이 여과장치 본체(1) 상부로 오버플로우(overflow)되면서 배출되게 밀폐형 외통 구조로 이루어진다. 여과수 배출용 다공 원통 부재(6a)에는 다수의 여과수 배출구(6c)가 형성된다. 이렇게 형성된 여과수 배출구(6c)에 의해 여과수가 여과장치 본체(1)의 사방으로 배출되는 구조는, 여과수의 유출속도를 감소시켜 여과압력이 최소화되게 한다. 농축액 배출 자켓(7)은 여과수 배출 자켓(6)의 상단에, 즉 여과장치(100)의 최상단에 설치된다.
역세척시 여재에 부착된 입자의 탈리효과(역세척 효과)를 높이기 위해 여과장치 본체(1)의 하부에서 공기를 유입하기 위한 역세척용 공기 유입관(3)을 상기 본체(1) 하부에 설치할 뿐만 아니라 여과장치 본체(1) 측부에서도 공기를 주입할 수 있도록 다수개의 공기 유입 노즐(10)을 여과장치 본체(1)에 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치(100)는 도 8에 도시한 바와 같은 지지대(11) 상에 장착이 되며, 이 지지대(11)는 여과장치(100)를 고정하는 역할 뿐 아니라 유연성 섬유사 여재(9)의 교체 등 여과장치(100)의 유지 관리시에 편리함을 제공하는 역할을 한다. 유연성 섬유사 여재(9)의 교체 등을 위해 지지대(11) 상부에는 여과장치 걸이용 브라켓(13)이 설치된다. 여과장치 걸이용 브라켓(13) 상에 여과수 유출관(4b)과 농축액 유출관(5b)이 얹혀져 여과장치(100)가 지지대(11) 상에서 무게중심을 유지하게 된다. 일반적인 운전 모드시, 여과장치(100)는 여과장치 고정용 U-볼트(12)로 고정이 되고, 여과장치(100)의 유지관리 시에는 여과장치 고정용 U-볼트(12)가 해체되어 여과장치(100)가 전후로 자유롭게 된다.
이하, 도 9과 도 10을 참조하면서 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치의 작용 예를 설명한다. 도 9는 본 발명 여과장치의 여과공정시의 작용을 나타낸 것이고, 도 10은 본 발명 여과장치의 역세척 공정시의 작용을 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 여과 공정시에는 펌프(P)의 동작으로 여과원수가 유입되고여과수 유출관(4b)과 연결된 여과수 배출 밸브(V1)가 열리게 된다. 이로써, 여과 원수조(52)의 여과 원수가 여과장치(100)에 공급되면서 상향류식 여과가 진행된다. 여과장치(100)에 의해 여과된 여과수는 여과수 배출 자켓(6) 및 여과수 배출 밸브(V1)를 경유하여 여과수 저장조(54)로 유출된다. 여과 공정시, 역세척 공기 밸브(V2) 및 농축액 배출 밸브(V3)는 닫힌 상태로 있게 된다.
여과 공정을 보다 더 상세히 살펴보면, 여과원수(유입수) 내의 부유성 고형물질은 유연성 섬유사(9)로 이루어진 여재층을 통과하면서 체거름, 물리화학적 흡착, 차단, 침전 등의 다양한 메카니즘으로 여재층 내에 포집이 되고, 상기 부유성 고형물질이 제거된 여과수는 여과수 배출 자켓(6)을 거쳐 배출 밸브(V1)를 통해 여과수 저장조(54)로 유출된다.
여과 공정이 계속되면, 여재(9)에 부유물질 포획량이 증가하게 되고, 이로 인해 여과저항은 증가하고 여과속도(flux)는 작아져, 결국 여과수량이 감소하게 된다. 이때, 여과되는 수량이 설정된 목표수량 이하로 감소하거나 여과압력이 설정된 값 이상이 되거나 혹은 미리 설정된 여과지속시간에 도달하면, 역세척 공정이 시작된다.
도 9를 참조하면, 역세척 공정시, 여과수 배출 밸브(V1)는 닫히고, 역세척 공기 밸브(V2) 및 농축액 배출 밸브(V3)는 열린다. 한편, 역세척수로서 여과원수조(52)에 있는 여과원수를 역세척수로 사용하기 때문에 여과원수 및/또는 역세척 원수 유입 펌프(P)는 연속으로 계속 동작한다.
역세척 공정시, 공기압축기(62)와 공기저장탱크(64)를 통해 여과장치(100)로유입되는 가압공기와, 여과원수 및/또는 역세척수 유입 펌프(P)를 통해 여과장치(100)로 유입되는 역세척수에 의해 여과장치(100) 내의 여재(9)는 수평 및 수직방향으로 팽창됨과 동시에 상하좌우로 강하게 흔들리게 된다. 이때, 여재(9)의 팽창 및 상하좌우 흔들림에 의해 난류가 발생되고, 이 난류에 의해 전단력이 발생되어 이 전단력에 의해 여재(9)에 포획된 입자(부유물질)의 탈리가 단시간 내에 이루어지게 된다. 여재(9)에서 탈리된 부유물질은 역세척수에 섞여 역세척 농축액 형태로 되어 농축액 배출 자켓(7)과 농축액 배출 밸브(V3)를 경유하여 농축액 저장조(56)로 배출된다.
상기 역세척 공정시, 역세척용 가압 공기는 바람직하게 공기압축기(62)에서 발생되는 압축공기를 공기저장탱크(64)에 저장한 후, 저장된 압축공기를 주기적으로 여과장치(100)에 주입함으로써 역세척 공정이 효율적으로 되게 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 역세척 공정시, 역세척수는 전술한 바와 같이 여과원수조(52)에 있는 여과원수를 바람직하게 이용하지만, 별도의 수조에 저장된 역세척수를 사용할 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 일실시예에서 처럼, 여과원수조(52)에 저장된 여과원수를 역세척수로 사용하는 경우, 별도의 역세척수 수조가 필요하지 않으며,역세척수의 공급을 위한 밸브 및 기타 배관 등도 필요하지 않기 때문에 여과장치의 설치 구성이 그 만큼 단순해질 수 있다. 한편, 도 9 및 도 10에서 도면의 간단화를 위해 원수 유입관(2)과 공기 유입관(3)을 구별없이 하나의 관으로 도시하였다.
이하, 실험 실시예를 통하여 본 발명의 여과장치를 부가적으로 설명한다.
<실시 예 - 하수처리>
어떤 도시의 하수처리장에 지름 1500mm, 길이 3,000mm 크기의 본 발명에 따른 여과장치를 설치하여 6개월간 운전한 결과, 평균 유입수의 고형물질(SS; solid substance) 농도 8.4ppm, 평균 유출수의 SS 농도 0.7ppm으로, 유출수의 SS 농도가 항시 1ppm 이하를 유지하였으며 처리효율은 평균 91%를 얻을 수 있었다. 또한, 유입수 및 유출수의 부유성 고형물질(SS) 입경 분포를 확인해 보았을 때, 입경크기 1~3㎛에서는 68%, 3~5㎛에서는 78%, 5~8㎛에서는 81%, 8㎛이상에서는 90% 이상의 제거효율을 나타내었다. 생물학적으로 처리한 하수/폐수인 경우 유출수 BOD 중의 70% 이상이 고형성 BOD로 수중의 부유물질(SS)을 제거할 경우 BOD도 동반 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 본 실시 예의 결과에서는 평균 유입 BOD 8.2ppm, 평균 유출 BOD 3.2ppm, 평균 제거율 61%를 얻어낼 수 있었다.
상기한 실시 예와 관련한 도면을 도 11 내지 도 14에 참고적으로 나타내 보였는데, 도 11은 수중 부유물질(Suspended Solid ; SS)의 입경에 대한 제거효율을 나타낸 그래프이고, 도 12는 운전기간에 따른 수중 부유물질(Suspended Solid ; SS)의 유입/유출 농도에 따른 제거효율을 나타낸 그래프이고, 도 13은 운전기간에 따른 압력 및 여과 플럭스(Flux) 변화를 나타낸 그래프, 도 14는 운전기간에 따른 BOD의 유입/유출 농도에 따른 제거효율을 나타낸 그래프이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치는, 유연성과 신축성을 가지면서 적당한 표면 거칠기를 지니는 유연성 섬유사를 장치의 길이 방향으로 장착하되, 상기 유연성 섬유사의 하부 끝단은 원수 및/또는 공기 유입구가 형성된 여재 고정판에 고정시키고, 그 상부 끝단은 물과 공기의 흐름에 따라 그 유연성이 유지되도록 자유상태로 방치하며, 장치 내부 및 유출관은 상시(常時) 만관(滿管)인 상태로 하고, 충진된 유연성 섬유사들에 의한 여재 여과와 모세관 현상 및 사이펀(siphon) 현상이 달성되도록 함으로써 기존 여과장치에 비해 여과효율, 여과수량, 역세척효율 및 동력비를 획기적으로 개선키는 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 (9)
- 유입수에 포함된 각종 부유물질을 유연성 섬유사로 이루어진 여재를 통해 여과하고, 상기 여재에 포획된 부유물질을 탈리시켜 세척하도록 이루어진 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치에 있어서,상기 유입수의 주요 통로가 되며, 상기 유연성 섬유사가 그 내부에 여과와 역세척이 이루어지는 여과장치의 길이 방향으로 충진되는 여과장치 본체(main body);외부로부터 유입되는 상기 유입수(여과원수 및/또는 역세척 원수) 및 역세척용 공기의 유입을 상기 여과장치 본체에 유도하기 위해 상기 여과장치 본체의 하부 끝단에 설치되는 이중 배관 형태의 유입관;상기 여과장치 본체의 하부에 설치되며, 상기 유연성 섬유사 여재를 고정시킬 수 있는 다수개의 고정구들이 형성되고, 유입 원수 및/또는 역세척 원수와 역세척용 공기를 균일하게 공급하기 위한 원수/공기 유입구들이 정삼각 배열로 형성되어 있는 여재 고정판;상기 여재에 의해 여과가 이루어진 여과수가 상기 여과장치 본체의 측방향 외부로 유출되게 하기 위한 다공 원통 부재와, 상기 다공 원통 부재를 바깥에서 감싸며 상기 다공 원통 부재를 통해 배출되는 상기 여과수가 소정의 유출관을 통해 외부로 배출되게 하기 위한 밀폐형 외통부재로 이루어진 여과수 배출 자켓;역세척시 역세척된 농축액의 배출을 상기 여과장치 본체의 외부로 유도하기 위해 내부의 여과장치 본체를 바깥에서 감싸며 여과장치 본체의 상부로 상기 농축액이 소정의 유출관을 통해 외부로 배출되게 하기 위한 자켓 형상의 밀폐형 외통부재로 이루어진 농축액 배출 자켓;을 포함하고,상기 여재 고정판에 그 하부가 고정된 상기 유연성 섬유사의 상부 끝단은 그 어떤 것에도 고정되지 않은 자유 상태로 방치되는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치.
- 제1항에 있어서, 상기 여과수 배출 자켓과 관련된 상기 소정의 유출관은, 상기 여과수 배출 자켓에서 하부로 연결되는 연결관과, 상기 연결관과 랩조인트 형태로 체결되는 여과수 유출관으로 이루어지고,상기 여과수 배출 자켓의 다공 원통 부재는 상기 여과장치 본체에 형성되는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치.
- 제1항에 있어서, 상기 농축액 배출 자켓과 관련된 상기 소정의 유출관은, 상기 농축액 배출 자켓의 측부 하단으로 연결되는 연결관과, 상기 연결관과 랩조인트 형태로 체결되는 농축액 유출관으로 이루어지고,상기 농축액 배출 자켓의 내부 원통 부재는 상기 여과장치 본체의 상단 부분으로 밀폐형 외부 원통 부재는 내부 원통 부재 보다 높은 자켓형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치.
- 제1항에 있어서, 상기 농축액 배출 자켓은 상기 여과장치 본체의 상부에 설치되고, 상기 여과수 배출 자켓은 상기 농축액 배출 자켓 보다 아래에 설치되는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치.
- 제1항에 있어서, 여과원수 및 역세척수 또는 역세척용 공기가 상기 유입관으로 유입되어 여과와 역세척이 동일한 방향 즉, 여과장치 본체의 상부 방향으로 진행되도록 된 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치.
- 제1항에 있어서, 역세척시 역세척수는 연속적으로 유입되는 여과원수로 사용하고, 간헐적으로 유입되는 역세척용 공기가 여과장치 본체내에서 난류를 발생시키고, 이때 형성되는 전단력으로 여재에 포획된 부유물질의 탈리가 용이하게 되도록 된 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치.
- 제1항에 있어서, 여과수의 수질은 유연성 섬유사의 충진밀도, 여과속도(flux), 유연성 섬유사의 굵기에 따라 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치.
- 제1항에 있어서, 역세척 효과를 높이기 위해 여과장치 본체 하부 뿐만 아니라 측부에 다수개의 공기 노즐에서 공기를 주입함으로서 여재에 포획된 부유물질의 탈리가 용이하도록 한 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치.
- 제1항에 있어서, 상기 여과장치를 고정하기 위한 지지대를 더 포함하고, 상기 지지대의 상부에는 여과장치 걸이용 브라켓이 장착되고, 상기 여과장치 걸이용 브라켓의 상단에는 상기 여과수 유출관과 농축액 유출관이 랩조인트(lap joint) 형태로 체결되는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유사 필터 모듈을 이용한 정밀 여과장치.
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