KR100429422B1 - 원심 혼합 모래 여과기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수의 원심력을 이용하여 필터 입자물의 역세척을 위한 별도의 장치의 필요성을 제거하고, 또한 슬러지를 나사봉을 이용하여 효과적으로 배출할 수 있는 원심 모래 여과기에 관한 것이다. 여과 탱크에 유입된 폐수는 원심력에 의하여 여과 탱크 내의 필터층을 교반하여, 필터층 내의 슬러지는 여과 탱크 중앙에 위치된 필터 분출관에 형성된 나선을 따라서 상승되고, 폐수중의 일부는 필터층을 통하여 여과된다. 필터층의 표면 및 하부의 필터는 필터 분출관에 연결된 공기 공급부의 공기 공급으로 필터 분출관을 따라서 분출되는 과정에서 역세척된다.

Description

원심 모래 여과기

발명의 분야

본 발명은 모래와 같은 입자물을 이용하는 폐수 여과기에 관한 것이고, 보다 상세하게는 폐수의 원심력을 이용하여 필터 입자물의 역세척을 위한 별도의 장치의 필요성을 제거하고, 또한 슬러지를 나사봉을 이용하여 효과적으로 배출할 수 있는 원심 모래 여과기에 관한 것이다.

종래의 기술

오늘날 폭발적인 인구 증가 및 각종 산업이 눈부시게 발전하고 있으며, 이러한 인구 증가 및 각종 산업의 발달에 비례하여 축산, 분뇨 폐수와 산업 폐수가 다량으로 배출되는 추세이다. 다량의 축산, 분뇨 폐수와 산업 폐수의 배출은 하천의 심각한 수질 오염의 원인으로 작용하였다.

이러한 오염 물질은 상수원인 각종 호수나 하천 및 지하수를 오염시키기 때문에, 오염원을 제거하고, 발생된 폐수를 규제하기 위하여 국가에서는 오염 물질 배출 허용 기준을 정하였으며, 최근에는 이러한 기준치를 더욱 강화하는 추세이며, 이러한 추세에 맞추어, 대량의 오염 물질을 배출하는 각종 사업장에서는 폐수 처리 시설의 설치는 물론 폐수 배출 허용 기준이하로 방류 수질을 유지하기 위하여 고도 처리(3차 처리) 시설까지 구비할 필요성이 요구되었다.

한편, 이러한 고도 처리 시설은 배출 허용 기준을 충족하면서도 설치 및 운전에 있어서, 경제적이고도 효과적인 폐수 처리가 요구된다.

현재, 상기된 바와 같은 요구를 충족시키기 위한 폐수 처리 장치가 개발되거나 실용화되고 있으며, 이러한 장치 중에는 모래층을 이용하여 폐수중의 불순물을제거하는 모래 여과 장치가 있으며, 제 1 도에는 모래 여과 장치중의 하나인 스웨덴의 액셀 존슨 엔지니어링(Axel Johnson Engineering)사가 개발한 다이나 샌드 모래(DSF, Dyna Sand Filter) 장치가 도시되어 있다.

제 1 도에 도시된 DSF는 종래의 모래 여과 방식이 여과지를 운전하는 동안 불순 고형물이 모래층 표면에 축적되었을 때 여과 장치의 운전을 중단하고 모래의 역세척을 통해 불순물을 제거해야 하는 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로, 제 1 도에 도시된 바와 같이 유입관을 통하여 들어온 원수(폐수)는 방사상으로 연장하여 중앙의 튜브에 설치된 다수의 분배관을 통하여 모래층으로 분사되어, 모래층(여과재층)을 통하여 위 쪽으로 올라가는 동안 모래에 의하여 여과되는 한편, 원수를 여과하는 동안 원수중의 불순물이 침착된 모래는 분배관 하부에 설치된 모래 분배 콘(cone)하부에 설치된 에어 리프팅 펌프에 의한 에어 분사류에 의하여 중앙관 내부에 위치되는 모래 상승관을 통하여 폐수와 함께 상부에 설치된 스플래쉬 후드로 상승된다.

이 과정에서, 모래의 오염 물질은 모래로부터 분리되고, 스플래쉬 후드 하부에 설치된 나선 형상의 샌드 와셔를 타고 내려오는 동안 오염 물질은 모래로부터 다시 한번 분리되는 과정을 거치며, 이 때, 입도가 큰 모래 입자는 중력에 의하여 아래로 침강되고, 입도가 작은 물질은 분리 상승되어 배출관을 통하여 배출된다.

그러나, 상기된 바와 같은 DSF 장치는 그 크기가 통상 7M 정도의 높이와 2.4내지 3M의 지름을 가지므로 통상 실외에 설치될 수 밖에 없기 때문에, 기온이 빙점 이하로 떨어지는 동절기에 모래의 유동량이 적은 모래 분배 콘 부분이 빙결되는 경우가 많다. 그러므로, 동절기에는 운전이 연속적으로 이루어지지 않고 간헐적으로 이루어지기 때문에, 운전 효율이 떨어진다는 문제점 뿐만 아니라, 장치의 크기가 크고 복잡하기 때문에 제조 비용 및 설치 비용이 비싸고, 아울러 설치하기 위해서는 보다 큰 설치 면적이 필요하다는 문제가 있었다.

또한, 상향식 중력 여과형을 취하기 때문에, 처리 효율이 하향식 중력 여과형에 비해 낮고, 원수가 반응조 하부에서 공급되므로, 분배기에서 모래와 슬러지에 의한 막힘(뭉침: mud) 현상 및 단회로(short circuit) 현상이 발생될 수 있다는 문제점을 가진다.

상기된 바와 같은 DSF 장치의 결점을 극복하기 위한 하나의 장치로서, "액체 여과용 장치" 라는 명칭으로 1990, 12, 5일자 국제 출원된 하칸손 스벤 안데르스 사무엘의 PCT/SE/00803호(한국출원 제 91-700554호)가 제 2 도에 도시되어 있다.

제 2 도에 도시된 장치는 원수가 원수 중간 통체에 위치된 유입관으로부터 깔때기 형상의 유입로를 통하여 모래층으로 형성되는 모래 베드의 아래 부분에 균등하게 공급된다. 공급된 원수는 모래 베드를 통하여 위로 흐르게 되고, 이 때, 오염 물질이 제거되어 여과수로서 처리된다. 여과수는 상부에 형성되는 오버 플로우 웨어 위로 넘쳐서 유출관을 통해 유출된다.

한편, 오염 물질을 가지고 있는 더러운 모래는 원추형의 모래 분배기의 바깥 쪽 통로를 통하여 여과기 밑으로 하강하여 샌드 컬렉팅 박스로 들어가게 된다. 샌드 컬렉팅 박스로부터 제 1 샌드 리프팅 펌프의 에어 분사에 의하여 샌드 리프트 관을 통하여 상승하는 과정에서 물과 공기에 의하여 더러운 물질이 모래로부터 분리되는 예비 세정 과정을 거친다.

상승된 모래는 여과기 외측 상부에 설치되는 에어 세퍼레이터에서 공기와 분리되어, 모래는 원통형의 세정 장치로 들어간다. 세정 장치로 들어간 모래는 세정 장치 내에 설치된 라비린스(labyrinth, DSF 장치의 샌드 와셔)통로에서 지그 재그로 낙하하는 동안 모래는 세정 장치와 아래 부분에서 유입되는 여과수(여과수의 일부)와 접촉하여 세정된다.

세정된 모래는 세정 장치 하부에 위치되는 세정조의 바닥으로 낙하하여 제 2 샌드 리프트 펌프에 의하여 모래층 위쪽으로 토출되며, 세정 배수는 세정 장치 상부에 위치되는 배수 장치에서 배출된다.

상기된 바와 같이, PCT/SE/00803호는 DSF 장치의 규모가 커야만 된다는 결점을 보완하기 위하여, 여과기 내에 설치되는 샌드 와셔를 여과기 밖에 설치한 것으로, 동절기에 원추 형상의 샌드 컬렉팅 박스의 결빙 문제는 여전히 존재하게 되며, 여과기의 전체 크기에 비하여 샌드 와셔의 크기가 1/6 내지 1/7에 해당하므로, PCT/SE/00803호 또한 시설 운전 관리면에서 효율이 떨어진다는 문제점 뿐만 아니라, 장치의 크기가 크고 복잡하기 때문에 제조 비용 및 설치 비용이 비싸다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 별도의 역세척 장치 없이 모래의 역세척을 연속적으로 수행할 수 있는 원심 모래 여과기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 슬러지가 여과재층에 쌓이는 것을 방지하여 슬러지가 효과적으로 배출될 수 있으며, 제조 및 설치 비용이 저렴한 원심 모래 여과기를 제공하는 데 있다.

발명의 요약

상기와 같은 목적은, 상부에 오버 플로우 웨어가 형성된 원통형 여과 탱크와; 여과 탱크로 폐수가 유입되도록, 필터층 위쪽의 위치에서 여과 탱크와 접선을 이루도록 여과 탱크에 설치되는 폐수 유입관과; 여과 탱크의 중앙에 위치되며, 외부로부터 공급되는 공기 압력에 의하여 필터를 위쪽으로 분출하는 필터 분출관과; 상기 필터 분출관을 수용하며, 나팔관 부분을 하부에 가지는 필터 침강 안내관과; 상기 필터 분출관과 상기 필터 침강 안내관의 상부를 수용하는 원통형으로 형성되어, 폐수중의 슬러지를 모으는 슬러지 컬렉터와; 상기 필터 분출관의 상부에 위치되어, 공기의 분출시에 필터가 여과 탱크의 외부로 튀는 것을 방지하는 필터 튐 방지 캡과; 상기 슬러지 컬렉터에 설치되어, 슬러지 컬렉터에 모인 슬러지를 드레인하는 슬러지 배출관과; 상기 여과 탱크의 하부에 위치되어 필터를 통과하는 동안 여과된 세정수를 배출하기 위한 노즐판과; 상기 노즐판 하부에 위치되는 상기 여과 탱크의 일측부에 연결되며, 상기 노즐판을 통하여 상기 여과 탱크의 하부에 저장된 세정수를 배출하는 세정수 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 원심 필터 여과기에 의하여 달성된다.

상기 상기 필터 분출관은 상부 외측에 나선이 형성된 슬러지 드레인용 나사봉을 가진다.

상기 필터 분출관은 필터층의 표면에 인접한 부분과 및 하부에서 공기가 공급될 수도 있다.

상기 슬러지 배출관은 바람직하게 상기 폐수에 의하여 상기 여과 탱크로 유입된 폐수의 수위와 동일한 높이에서 상기 슬러지 컬렉터에 설치된다.

상기 슬러지 배출관은 바람직하게 상기 폐수 유입관과 직각으로 설치되며, 상기 세정수 배출관은 상기 패수 유입관과 평행하게 설치된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

제 3 도에는 본 발명에 따른 원심 필터 여과기가 개략적으로 도시되어 있다. 제 3 도로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 원심 필터 여과기는 원통형 여과 탱크(1)와, 폐수 유입관(8)과, 필터 분출관(2)과, 필터 침강 안내관(3)과, 슬러지 컬렉터(4)와, 필터 튐 방지 캡(5)과, 슬러지 배출관(6)과, 세정수 배출관(7)을 포함한다.

원통형 여과 탱크(1)는 하부에 필터와 같은 입자로 된 필터가 적층된 폐수 여과용 필터층(9, filter bed)이 형성되어 있으며, 상부 한 쪽 측부에는 오버 플로우 웨어(10)가 형성된다. 오버 플로우 웨어(10)는 여과 탱크(1)로 폐수 유입관(8)을 통하여 유입된 폐수가 오버 플로우될 때 오버 플로우된 폐수는 여과 탱크(1)의 상측부 및 하부에 연결된 폐수 드레인관(11)을 통하여 드레인된다.

한편, 폐수 유입관(8)은 필터층(9) 위쪽의 위치에서 여과 탱크(1)의 한쪽 측부를 관통하여, 여과 탱크(1)와 접선을 이루도록 설치되며, 상기된 바와 같이, 여과 탱크(1)가 원통형으로 형성되고 폐수 유입관(8)이 여과 탱크(1)의 한 쪽 측부에 접선을 이루도록 설치되므로, 압축기와 같은 수단에 의하여 폐수 유입관(8)으로부터 분출되는 폐수는 여과 탱크(1) 내에서 원심 운동을 하게 된다.

이러한 폐수의 원심력에 의하여 필터층(9) 상부의 필터는 폐수의 원심력에 의하여 상승된다. 폐수 유입관(8)을 통하여 여과 탱크(1)로 유입된 폐수중 일부는 중력에 의하여 하부에 형성된 필터층(9)을 통과하는 동안 폐수에 함유된 유기성 부유 물질과 같은 오염물이 필터에 흡착되거나 필터들 사이의 공극 사이에 잔류하는 것에 의하여 여과되고, 여과된 세정수는 필터층(9) 하부에 위치된 노즐판(15)을 통하여 세정수 챔버(16)로 저장된다.

필터 분출관(2)은 여과 탱크(1)의 중앙에 위치되며, 상부 외측에 나선(12)이 형성된 슬러지 드레인용 나사봉(2a)을 포함한다. 필터 분출관(2)은 또한 외부로부터 공급되는 공기의 압력으로 필터층(9)의 필터를 여과된 세정수 또는 폐수 유입관(8)을 통하여 유입된 폐수와 함께 위쪽으로 분출하도록 관으로 형성된다. 즉, 제 3 도 및 제 5 도에 도시된 바와 같이, 필터 분출관(2)은 필터층(9)에 매립된 하부와 슬러지 드레인용 나사봉(2a)의 나선(12)이 시작되는 중간 부분에 각각 외부로부터 공기를 공급하는 공기 공급관(13a,13b)이 연결된다.

또한, 필터층(9)은 바람직하게 공기 공급관(13b)이 연결되는 필터 분출관(2) 부분이 필터에 약간 매립될 정도의 부피를 가지며, 필터 분출관(2)은 공급된 공기의 분사에 의하여 세정수 또는 폐수와 함께 필터가 내부로 흡입되도록 하부와 중간부의 공기 공급관(13a,13b)과의 연결 부분에 필터 흡입부(도시되지 않음)가 형성된다.

필터 침강 안내관(3)은 필터 분출관(2)을 수용하는 관의 형상을 하며, 하부에는 필터 분출관(2)에 의하여 분출에 의하여 폐수에 의하여 역세척된 필터가 중력에 의하여 드레인용 나사용(2a)의 나선(12)을 따라서 폐수내에서 침강될 때, 필터의 침강을 고르게 안내하는 나팔관 부분(14)을 가진다. 그러므로, 필터 분출관(2)에 연결된 공기 공급관(13a,13b)을 통한 공기의 분출에 의하여, 여과 탱크(10에 수용된 필터층(9)으로부터 부유성 유기 물질이 흡착된 필터는 하부에서는 필터층(9)을 통하여 여과된 세정수와 함께, 그리고 중간부에서는 폐수와 함께 필터 분출관(5)으로 역세척을 위해 필터 분출관(2) 내로 흡입된다.

필터 분출관(2)의 상부에는 원통형의 슬러지 컬렉터(4)가 설치되어 있으며, 슬러지 컬렉터(4)는 필터 분출관(2)과 필터 침강 안내관(3)의 상부를 수응하는 원통형으로 형성된다. 필터에 흡착된 오염물은 필터 분출관(2)을 통하여 폐수 및 세정수와 분출되는 동안 필터로부터 이탈되어 폐수 상부로 부양되며, 폐수 표면에 부유되는 부유성 유기 물질과 같은 슬러지는 슬러지 컬렉터(4) 내에 모이게 된다.

한편, 필터층(9) 상부의 여과 탱크(1) 내에는 상기된 바와 같이 분출되는 폐수에 의하여 원심력이 발생되고, 이러한 원심력에 의하여 필터층(9)표면의 필터에 교반 효과가 발생되며, 이러한 교반 효과에 의하여 폐수가 필터층(9)을 통과하는 동안 필터층(9)의 필터에 피착된 오염물이 필터층(9)의 필터로부터 분리되어 부양된다. 필터는 필터층(9) 표면에서의 순환력에 의하여 필터의 수평 이동과 원심력에 의하여 점차적으로 필터 분출관(2)이 설치된 중앙 부분으로 이동하게 되고, 이 때, 슬러지는 폐수의 원심력에 의하여 슬러지 드레인용 나사봉(2a)의 나선(12)을 따라서 슬러지 컬렉터(4)의 상부에 모이게 된다.

즉, 필터 분출관(2)을 통하여 공기의 분출에 의하여 상승된 필터는 폐수와의 비중의 차이로 인하여 슬러지 드레인용 나사용(2a)의 나선(12)을 따라서 침강되고, 폐수에 비하여 비중이 작은 슬러지는 폐수의 원심력에 의하여 슬러지 드레인용 나사봉(2a)의 나선(12)을 따라서 슬러지 컬렉터(4)로 상승된다.

필터 분출관(2)의 상부에 위치되는 필터 튐 방지 캡(5)은 필터 분출관(2)을 통한 공기의 분출시에 필터와 폐수가 여과 탱크(1)와 외부로 튀는 것을 방지하며, 또한 필터 분출관(2)을 통하여 분출된 폐수중의 필터는 필터 튐 방지 캡(5)에 충돌하는 것에 의하여 폐수와의 분리가 신속하게 이루어질 수 있게 된다.

슬러지 배출관(7)은 제 3 도에 도시된 바와 같이 폐수에 의하여 여과 뱅크(1)로 유입된 폐수의 수위와 동일한 높이에서 슬러지 컬렉터(4)의 측부에 설치되어, 슬러지 컬렉터(4)에 모인 슬러지를 드레인하도록 외부와 소통된다. 한편, 슬러지 배출관(7)은 제 5 도에 도시된 바와 같이 바람직하게 폐수 유입관(8)과 직각을 형성하도록 슬러지 컬레터(4)에 설치된다. 슬러지 배출관(7) 또한 슬러지 컬랙터(4)와 접선을 형성한다. 그러므로, 슬러지 컬렉터(4)에 수용된 슬러지는 폐수의 원심력의 작용으로 슬러지 배출관(7)을 통하여 용이하게 배출될 수 있다.

세정수 배출관(6)온 노즐판(15) 하부에 위치되는 여과 탱크(1)의 일측부에 연결되며, 필터층(9)을 통과하는 동안 여과된 세정수가 노즐판(15)을 통하여 여과 탱크(1)의 하부에 저장된 세정수를 외부로 배출하도록 외부로 연장한다. 세정수 배출관(6)은 바람직하게 제 5 도에 도시된 바와 같이 폐수 유입부(8)의 폐수 유입 방향과 동일한 방향으로 세정수가 배출되도륵 폐수 유입부(8)와 평행을 이루도록 여과 탱크에 설치된다.

상기된 바와 같이 본 발명의 원심 모래 여과기에 의하면, 폐수의 원심 유동에 의하여 모래와 같은 필터와 폐수의 접촉 효과를 증가시킬 수 있으며, 필터의 역세척이 필요한 경우에는 필터층에 의하여 매립된 필터 분출관의 하단에 연결된 공기 공급관에 의하여 공기를 공급하는 것에 의하여 필터층 하부의 필터가 상부로 폐수와 함께 분출됨으로써, 필터가 폐수에 의하여 역세척된다.

그러므로, 별도의 역세척 장치 없이 필터의 역세척을 연속적으로 수행할 수 있는 한편, 슬러지가 여과재층에 쌓이는 것을 방지하여 슬러지가 효과적으로 배출될 수 있으며, 제조 및 설치 비용이 저렴하게 될 수 있다.

제 1 도는 종래의 모래 여과 장치의 개략 사시도.

제 2 도는 또 다른 종래의 모래 여과 장치의 부분 절단된 개략 사시도.

제 3 도는 본 발명에 따른 원심 모래 여과기의 개략도.

제 4 도는 수용된 슬러지 드레인용 나사봉의 부분 단면도.

제 5 도는 폐수 유입부, 세정수 및 슬러지 배출부의 위치 관계를 도시한 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 여과 탱크 2 : 필터 분출관

3 : 필터 침강 안내관 4 : 슬러지 컬렉터

5 : 필터 튐 방지 캡 6 : 슬러지 배출관

7 : 세정수 배출관 8 : 폐수 유입관

9 : 여과용 필터층 10 : 오버 플로우 웨어

11 : 폐수 드레인관 12 : 나선

Claims (5)

1. 상부에 오버 플로우 웨어가 형성된 원통형 여과 탱크와; 여과 탱크로 폐수가 유입되도록, 필터층 위쪽의 위치에서 여과 탱크와 접선을 이루도록 여과 탱크에 설치되는 폐수 유입관과; 여과 탱크의 중앙에 위치되며, 외부로부터 공급되는 공기 압력에 의하여 필터를 위쪽으로 분출하는 필터 분출관과; 상기 필터 분출관을 수용하며, 나팔관 부분을 하부에 가지는 필터 침강 안내관과; 상기 필터 분출관과 상기 필터 침강 안내관의 상부를 수용하는 원통형으로 형성되어, 폐수중의 슬러지를 모으는 슬러지 컬렉터와; 상기 필터 분출관의 상부에 위치되어, 공기의 분출시에 필터가 여과 탱크의 외부로 튀는 것을 방지하는 필터 튐 방지 캡과; 상기 슬러지 컬렉터에 설치되어, 슬러지 컬렉터에 모인 슬러지를 드레인하는 슬러지 배출관과; 상기 여과 탱크의 하부에 위치되어 필터를 통과하는 동안 여과된 세정수를 배출하기 위한 노즐판과; 상기 노즐판 하부에 위치되는 상기 여과 탱크의 일측부에 연결되며, 상기 노즐판을 통하여 상기 여과 탱크의 하부에 저장된 세정수를 배출하는 세정수 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 모래 여과기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터 분출관은 상부 외측에 나선이 형성된 슬러지 드레인용 나사봉을 가지는 것을 특징으로 하는 원심 모래 여과기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 필터 분출관은 필터층의 표면에 인접한 부분과 및하부에서 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 원심 모래 여과기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 슬러지 배출관은 상기 폐수에 의하여 상기 여과 탱크로 유입된 폐수의 수위와 동일한 높이에서 상기 슬러지 컬렉터에 설치되는 것을 특징으로 하는 원심 모래 여과기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 슬러지 배출관은 상기 슬러지 배출관은 바람직하게 상기 폐수 유입관과 직각으로 설치되며, 상기 세정수 배출관은 상기 폐수 유입관과 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는 원심 모래 여과기.