KR100907935B1 - 원통형 부유 고분자필터 - Google Patents

Abstract

고밀도 고분자 폴리에틸렌 소재를 사용하여 부피표면적 대비 중량이 작은 원통형 구조로 필터를 형성하는 것에 의해 필터 상호간에 엉키는 것을 방지하고, SS성분의 고형물이 필터에 부착되어 필터가 침적되는 것을 최소화하여 유수분리성능 및 고형물제거성능을 향상시킬 수 있는 원통형 부유 고분자필터를 개시한다.

본 발명의 원통형 부유 고분자필터는, 초고분자량의 폴리에틸렌재질로 제작되고, 지름 14~30㎜, 길이 50~85㎝, 두께 0.01~0.08㎜를 가지는 부정형 형상의 속이 빈 원통체로 형성되며, 상기 원통체의 길이방향으로 나선형으로 절취된 절결부가 형성되어 원통체에 작용하는 외력에 의해 원통체의 외형이 탄력적으로 변형 및 복원되도록 구성된다. 또한 상기 나선형의 절결부는 원통체의 중심축선에 대하여 45도의 경사각을 가지고, 상기 폴리에틸렌재질의 분자량은 900만 이상이다.

유수분리능, 고형물제거성능, 원통형 부유 고분자필터

Description

원통형 부유 고분자필터{Ultra Density Cylindrical Buoyant Filter}

본 발명은 원통형 부유 고분자필터(圓通形 浮遊 高分子濾材)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐수처리장 또는 우수관로로 유입되는 기름성분 및 부유물질 등의 비점오염물질이 고밀도 고분자 폴리에틸렌 소재를 사용하여 원통형으로 제작된 필터의 표면과 공간 사이를 타고 이동하면서 합체되어 유적의 크기가 증가한 후 부상하여 물로부터 제거되는 메카니즘과 SS(Suspended solids) 성분의 고형물이 중력작용에 의해 처리조 아래로 침전 제거되는 원리를 이용한 원통형의 부유 고분자필터에 관한 것이다.

일반적으로 폐수처리장 또는 우수관로로 유입되는 함유 유입수중의 기름성분 및 부유물질 등의 비점오염물질들을 분리하기 위한 유수분리시설 및 비점오염저감시설(초기우수처리시설)은, 기름과 물의 비중차에 의해 제거하는 방법과, 유수 혼합물의 특정한 부력(중력)차이와 부력에 따른 혼합물의 유동을 기초로 한 스톡스(stoke's) 법칙에 의해 제거하는 방법을 사용하고 있다.

기름과 물의 비중차에 의한 제거방법은, 오일성분이 함유된 오염된 물을 처리조 안에 유입시켜 정치(定置)하는 것이다. 이에 따라 오일은 물보다 가볍기 때 문에 물위로 떠올라 응결하게 되어 기름과 물의 2액상으로 분리됨으로써 제거된다.

이러한 방법은 오일방울의 크기가 1㎜ 이상이면 비교적 쉽게 분리된다. 그러나 유체의 흐름을 통해 잘게 쪼개진 지름이 1∼1.5㎛인 상태의 오일방울은 부상응결분리에 오랜 시간이 소요되어 처리효율이 떨어진다.

또한 유수 혼합물의 특정한 부력(중력)차이와 부력에 따른 혼합물의 유동을 기초로 한 스톡스(stoke's) 법칙에 의해 제거하는 방법은, 처리조 안에 여러 개의 수평판 또는 평행경사판을 설치하여 유효접촉면적을 넓히는 플레이트 합체 팩(COALESCING PLATE PACK) 타입이다. 즉, 오일성분이 함유된 오염된 물을 폴리 프로필렌(POLY PLOPHYLEN)재질의 골판이나 계란판 모양의 판재를 다단계로 배치한 결합체에 통과시키는 것이다.

그러나 이러한 방법은, 장기간 사용하게 되면, 결합된 다단계의 골판이나 계란판 사이에 오일성분과 부유물이 결합된 점성을 지닌 슬러지가 침적되어 유체의 통과를 방해한다.

이러한 유체흐름의 방해는, 유수분리처리를 지연시키게 되고 결국 처리효율의 저하로 이어지게 된다. 특히 종래의 유수분리여재는 유류의 점도가 낮은 경질유에만 유수분리기능을 수행할 수 있다. 그러나, 그리스, 벙커C유, 동물성기름 등과 같이 점도가 높아 다단계의 골판이나 계란판 사이에 고착되어 플레이트 합체 팩을 막아버리는 경우 유수분리기능을 수행할 수 없어 범용성이 떨어지는 문제가 있다.

상기한 바와 같이 두 가지의 유수분리방식은 처리효율이 저하된다. 처리효 율이 저하되는 만큼 처리효율을 높이기 위해서는 유수분리처리시설의 면적이 커지게 되어 처리시설의 시공을 위한 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.

또한 상기한 종래의 방식은 유수분리처리의 지연으로 처리조에 적체되는 오염물질이 일정한 양에 이르게 되면 여과망이 막히게 되어 유입 오염물이 넘쳐나게 되며, 유입수의 역류현상까지 발생하게 되어 정상적인 처리기능을 상실하는 문제가 있다.

본 발명자는 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 유지관리가 간편하고 경제적이며 효율 높은 유수분리처리와 고형물제거처리가 가능한 유수분리필터를 한국특허출원제 10-2004-0047920호로서 출원한 바 있다.

상기 유수분리필터는 초고분자 폴리에틸렌(ULTRA HIGH MOLECULAR WEIGHT POLYETHYLENE)재질의 엔지니어링 플라스틱(ENGINEERING PLASTIC)을 가공하여 제작한 것이다.

통상적으로, 초고분자 폴리에틸렌의 특성은, 내마모성, 내충격성 및 자기 윤활성이 높고, 내약품성 및 내기후성이 강하며, 무독성이고 비흡수성이며, 전기 절연성과 고주파특성이 있는 것으로 알려져 있다.

상기 유수분리필터의 제작에 사용한 초고분자 폴리에틸렌 재질의 엔지니어링 플라스틱은, 비중 0.94, 인장강도 400~479㎏/㎠ , 인장탄성율(5ㅧ10³㎏/㎠)은 5, 유전율(60Hz) 2.3, 비열(cal/℃/gm) 0.55의 특성을 가지며, 투명도는 반투명 내지 불투명인 것을 사용하였다.

상기 유수분리필터의 사이즈와 구조는, 폭 20㎜, 길이 15~50㎝, 두께 0.01~0.8㎜를 가지는 얇은 띠형상의 필터시트를 제작하여 두루마리 형태로 감아 형성된다. 이러한 사이즈와 구조는 물에 부유할 수 있는 중량을 가진다. 유수분리필터는, 유입수가 관통하여 흐를 수 있도록 타공판으로 제작된 필터통체내에 충진하여 사용되고, 필터통체는 유수분리시설의 처리조의 수로에 설치된다.

이때, 상기 유수분리필터의 충진밀도는 외압이 없는 자연상태에서 필터통체용적의 80~85％ 범위로 하여 유속에 의해 필터의 유동성을 보장함으로써 최대의 처리효율을 얻을 수 있도록 되어 있다.

따라서 처리조의 수로로 흐르는 기름성분 및 비점오염물질이 필터통체를 통과하게 되면, 기름성분은 고밀도 고분자 폴리에틸렌 소재로 제작된 유수분리필터의 표면과 공간 사이를 타고 이동하면서 합체되어 기름 액적(液滴)의 크기가 증가한 후 부상하여 물로부터 제거되고, SS 성분의 고형물은 침전에 의해 필터통체 하부로 제거된다.

그러나, 상기한 종래의 유수분리필터는 두루마리 형태로 감은 구조이므로, 필터 상호간에 엉켜 본래의 형태를 유지하기 힘들다. 또한, 여러 겹의 필터층을 형성하게 됨에 따라 여러 겹의 필터층 사이의 틈새로 SS성분의 고형물이 끼여 침적되기 쉽다. 이로써 필터층 사이에 고형물이 침적되어 쌓이게 되면, 필터층 사이의 유로를 막게 되고, 처리수의 흐름을 방해하여 유수분리성능 및 SS성분의 고형물 제거성능을 저하시키게 된다.

그리고 상기한 종래의 필터는 부피표면적 대비 중량이 크기 때문에, 장기간 사용하게 되면, SS성분의 고형물이 점차 침적되어 쌓이게 되고, 필터의 중량을 점차 가중시키게 된다. 필터의 중량이 점차 증가하여 물의 비중보다 무거워지게 되면, 결국 필터는 물에 부유하지 못하고 바닥으로 가라앉게 되고, 유수분리기능 및 고형물 제거기능을 거의 상실하게 된다.

그러므로, 필터는 정기적으로 세척하여 침적된 고형물을 제거할 필요가 있다. 필터의 세척은 통상 필터통체에 고압의 공기나 물을 고압으로 분사하여 이루어진다. 그러나 필터가 두루마리형태로 되어 있기 때문에 여러 겹의 필터층 사이사이에 침적된 고형물을 제거하는 것은 용이하지 않다. 이를 위해 필터통체로부터 필터를 모두 꺼내 세척할 수도 있지만, 이러한 작업은 매우 번거롭기 때문에 유지관리에 많은 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 고밀도 고분자 폴리에틸렌 소재를 사용하여 부피표면적 대비 중량이 작은 원통형 구조로 필터를 형성하는 것에 의해 필터 상호간에 엉키는 것을 방지하고, SS성분의 고형물이 필터에 부착되어 침적되는 것을 최소하여 유수분리성능 및 고형물제거성능을 향상시킬 수 있는 원통형 부유 고분자필터를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 필터의 세척시 필터통체내에 필터가 충진되어 있는 상태에서 고압의 공기나 물을 고압으로 분사하는 것만으로 필터에 침적된 고형물을 용이하게 제거할 수 있어 유지관리가 용이한 원통형 부유 고분자필터를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 초고분자량의 폴리에틸렌재질로 제작되고, 지름 14~30㎜, 길이 50~85㎝, 두께 0.01~0.08㎜를 가지는 속이 빈 원통체로 형성되며, 상기 원통체의 길이방향으로 나선형으로 절취된 절결부가 형성되어 원통체에 작용하는 외력에 의해 원통체의 외형이 탄력적으로 변형 및 복원되도록 구성된 원통형 부유 고분자필터에 특징이 있다.

또한 본 발명은 상기 나선형의 절결부가 원통체의 중심축선에 대하여 45도의 경사각을 가지고, 상기 폴리에틸렌재질의 분자량은 900만 이상인 원통형 부유 고분자필터에 특징이 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 원통형 부유 고분자필터에 의하면, 제작비용이 저렴하면서도 높은 유수분리성능 및 고형물제거성능을 발휘하고, 또한 다양한 종류의 오일에 그 효과를 발휘하므로 범용성이 우수하다.

또한 본 발명의 원통형 부유 고분자필터는, 초분자량 폴리에틸렌을 소재로 하여 뛰어난 흡착력을 가지고, 내구성과 내마모성이 우수하며, 내열성 또한 갖춘 장점을 지니고 있다.

본 발명의 고분자필터는 원통형상으로 형성되어 부피표면적당 넓은 표면적을 가지고 근접한 수로를 형성하도록 적층되어 미세한 오염물 입자를 포집/합체하는 물리적 현상만으로 유수분리 및 비점오염물질을 분리하는 탁월한 효과가 있다.

본 발명은 고분자필터의 원통체가 탄력적으로 변형과 복원을 반복함에 따라 원통체의 표면과 공간 사이를 타고 이동하면서 합체된 기름성분의 부상이 더욱 원활해지고, 고형물을 필터통체 하부로 낙하시키는 것이 더욱 원활해지므로 유수분리성능 및 고형물제거성능이 더욱 향상된다.

본 발명의 고분자필터에 의하면, 원통체의 탄성변형과 복원작용이 원통체 표면에 부착되는 고형물을 털어내므로 고형물의 부착이 최소화하게 되고, 이로써 고분자필터의 자체 중량이 증가하는 것을 최소화시키므로 고분자필터가 바닥으로 가라앉아 기능을 상실하는 것을 방지한다.

또한 본 발명의 고분자필터에 의하면, 원통형의 구성에 의해 세척시에도 고분자필터를 필터통체로부터 꺼낼 필요 없이 공기나 물의 고압분사만으로 원통체의 표면에 부착된 고형물을 제거할 수 있고, 고압 분사되는 공기나 물의 압력에 의해 원통체가 탄성변형 및 복원작용을 반복하는 것에 의해 세척이 더욱 효율적으로 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 원통형 부유 고분자필터를 나타낸 사시도로서, 본 발명의 원통형 부유 고분자필터(10)는, 분자량 900만 이상의 초고분자량의 폴리에틸렌재질로 제작한다.

상기 고분자필터(10)의 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 지름 14~30㎜, 길이 50~85㎝, 두께 0.01~0.08㎜의 부정형 형상의 속이 빈 원통체(11)로 형성하여 부피표면적 대비 중량을 최소화한다. 상기 고분자필터(10)의 사이즈는 상기한 사이즈보다 크게 형성하면 중량이 물의 비중보다 커져 물에 부유하지 않고 가라앉기 때문에 유수분리 및 고형물제거기능을 수행할 수 없게 된다. 반대로 사이즈를 너무 작게 형성하면 표면적이 작아 유수분리성능 및 고형물제거성능이 저하되고, 무게가 너무 가볍게 되면 고분자필터(10)가 수면위로 완전히 부상하므로 역시 유수분리효율을 저하시키게 된다.

또한 상기 고분자필터(10)는 원통체(11)의 길이방향으로 나선형으로 절취된 절결부(12)가 형성되어 있다. 상기 절결부(12)는 원통체(11)에 유체의 흐름압력에 의한 외력 또는 근접한 고분자필터(10)간의 밀착력이 작용하게 되면 원통체(11)의 외형이 탄력적으로 변형하고, 외력이 제거되면 원통체(11)의 외형이 탄력적으로 복원되도록 하는 기능을 수행한다.

상기 원통체(11)의 탄력적인 변형은, 예를 들면, 도 2의 가상선(a)으로 도시된 바와 같이 외력의 방향에 따른 중심축선(X-X)에 대하여 휨 또는 굴곡변형을 한다. 또한 도 3에 b와 c로 지시된 부분과 같이 외력을 받는 부분이 외력의 작용방향에 따라 중심축선(X-X)에 대하여 편심변형을 한다.

상기 나선형의 절결부(12)는 원통체(11)의 중심축선(X-X)에 대하여 45도의 경사각(θ)을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 절결부(12)의 경사각(θ)이 45도 보다 작게 되면, 원통체(11)의 탄성력이 너무 약하여 작은 외력에도 쉽게 원통체(11)가 변형하고, 변형정도가 심할 경우 원래대로 복원되지 않을 수 있다. 또한 상기 절결부(12)의 경사각이 45보다 크게 되면, 반대로 원통체(11)의 탄성력이 너무 강하여 원통체(11)의 탄성변형정도가 너무 작거나 탄성변형하지 않을 수 있다.

상기의 구조를 가지는 고분자필터(10)는, 처리수가 관통하여 흐를 수 있도록 타공판으로 제작된 필터통체(도시 안됨)내에 다수 채워 사용되고, 필터통체는 유수분리시설 및 비점오염방지시설(초기우수처리시설)의 처리조의 수로에 설치된다.

고분자필터(10)의 충진밀도는 외압이 없는 자연상태에서 필터통체 용적의 80~85％ 범위로 하여 유속에 따른 고분자필터(10)의 유동성을 보장한다. 상기와 같이 설정된 고분자필터(10)의 충진밀도는 고분자필터(10)가 상호 근접한 간격을 이루면서 형성되는 고분자필터와 고분자필터 사이에 공간을 형성하고, 이 공간은 처리수가 흐르는 유로가 된다. 또한 원통체(11)의 속이 빈 내부공간에 의해서도 처리수가 흐르는 유로를 형성한다.

따라서 처리조의 수로로 흐르는 기름성분 및 비점오염물질이 포함된 처리수가 필터통체를 통과하게 되면, 기름성분은 고밀도 고분자 폴리에틸렌 소재로 제작된 고분자필터(10)의 표면과 공간 사이를 타고 이동하면서 합체된다. 합체된 기름액적의 크기가 증가하면 부상하여 물로부터 제거되고, SS 성분의 고형물은 침전에 의해 필터통체의 하부로 낙하하여 제거된다.

이때, 고분자필터(10)는 원통체(11)의 길이방향으로 나선형의 절결부(12)가 형성되어 있기 때문에 유체의 흐름압력에 의한 외력 또는 근접한 고분자필터간의 밀착력이 작용하게 되면, 원통체(11)의 외형이 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 탄력적인 변형과 복원을 반복하게 된다. 이러한 탄성변형작용은 원통체(11)의 표면과 공간 사이를 타고 이동하면서 합체된 기름성분의 부상을 더욱 원활하게 하고, 원통체(11)의 표면에 부착되는 고형물을 털어내므로 고형물의 부착을 최소화하게 되며, 고형물을 필터통체 하부로 낙하시키는 것을 더욱 원활하게 한다.

상기와 같은 구조를 가지는 고분자필터(10)의 유수분리성능 및 고형물제거성능을 아래와 같이 실험하였다.

먼저, 고분자필터의 표면적 계산을 위해 BET(Brunauer,Emmett,Teller)측정기를 이용하여 고분자필터의 비표면적을 측정하였다. 그러나 고분자필터의 비표면적은 측정 불가능 한 것으로 나타났다. 이러한 이유는 도 4에 나타난 것과 같이 고분자필터는 표면에 공극이 존재하지 않은 매끄러운 재질로 구성되었기 때문이다.

따라서 직접 측정의 방법으로 고분자필터의 표면적을 측정하였다. 그 결과, 고분자필터 1립당 표면적은 1.428 mm²로 나타났으며, 이를 단위 부피당 면적으로 환산한 결과 711 m²/m³으로, 단위 밀도는 45.3 kg/m³으로 조사되었다.

또한, 고분자필터의 표면특성을 파악하기 위하여 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 결과는 도 4와 같이 표면이 매우 매끄러운 특성을 나타내었다. 주사전자현미경의 배율을 더욱 높여 촬영한 결과는 도 5와 같이 제조 당시 상황에 따라 표면에 일부 스크래치가 발생되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 이와 같은 표면 스크래치는 고분자필터의 표면특성에 영향을 미치지 않을 것으로 사료된다.

본 발명의 고분자필터는 기타의 첨가물이 없는 PE(polyethylene) 소재로 제작되므로 일반적으로 알려진 PE의 물리·화학적 특성과 같은 내마모성, 내충격성 및 자기 윤활성이 높고, 내약품성 및 내기후성이 강하며, 무독성, 비흡수성, 전기 절연성 및 고주파특성을 가진다.

이어서, 본 발명의 원통형 부유 고분자필터에 대한 유수분리성능을 규명하기 위하여 별도의 처리조를 제작하였다. 이 처리조의 수로에 본 발명의 고분자필터를 충진한 필터통체를 배치하였다. 폐엔진오일을 포함시켜 조제한 유류폐수를 처리조에 유입시키면서, 유입수, 고분자필터가 충진된 필터통체내의 시료 그리고 최종 유출수를 각각 채취하여 오일입자의 크기와 분포를 조사하였다.

본 실험에 사용된 폐수는 자동차 폐엔진오일과 도로노면에서 수거한 먼지(수거된 먼지는 200㎛ 입도의 채로 채거름하여 200㎛ 이하의 먼지를 24시간 건조기에 서 건조하여 제조)를 수돗물에 혼합하여 제조하였다.

폐수는 정량펌프(Masterflex Pump)를 이용하여 체류시간을 변화하며 처리조로 유입하였다. 유입부와 유출부에서 채취한 시료, n-Hexane 추출물질, COD_Cr (chemical oxygen demand) 그리고 SS(Suspended solids)는 수질오염공정시험법과 표준공정시험법(Standard Methods)에 따라 분석하였다.

또한 원통형 부유 고분자필터에 의한 기름입자의 제거 현상을 설명하기 위해 기름 입자의 입적 크기를 전자현미경으로 촬영하여 이미지를 분석하였다. 그 결과, 고분자필터에 기름입자가 반응하기 전에는 도 4에서와 같이 고분자필터의 표면은 매끄러운 상태를 나타내고 있으나, 기름입자와 반응한 고분자필터의 표면에는 도 6에서와 같이 기름입자들이 흡착되어 있는 모습을 관찰할 수 있었다.

이어서, 유류폐수 내 기름 입자의 입적 크기를 비교하기 위해 전자현미경으로 처리단계별로 유류폐수를 촬영한 사진을 도 7 내지 도 9에 나타내었다.

도 7은 유입수를 전자현미경으로 촬영한 사진이다. 사진에서 원형으로 나타난 것들이 유류폐수 내의 기름 입자의 형상이다. 도 7의 사진에는 매우 많은 작은 기름입자들이 존재하는 것을 확인할 수 있다.

이에 비해 도 8은 고분자필터가 충진된 필터통체내에서 시료를 채취하여 전자현미경으로 촬영한 사진이다. 원통형 부유 고분자필터에 의해 합체(coalescence)가 진행된 상태이고, 도 7의 유입수에 비해 작은 기름입자들이 현저하게 제거된 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 8에서는 도 7과 비교하여 빈도수가 적었던 중간 크기 이상의 기름 입자들이 다수 관찰되었다. 이것은 유입수내의 작은 기름입자들이 원통형 부유 고분자필터에 의해 합체가 일어나 큰 입자들을 형성하고, 크게 형성된 기름입자는 상부로 부유한 결과이다.

도 9는 유출수를 전자현미경으로 촬영한 결과로 대부분의 기름입자가 제거된 것을 확인할 수 있다.

또한, 유입수, 고분자필터가 충진된 필터통체내의 시료, 유출수의 유류폐수 내 기름 입자의 입적 크기를 현미경으로 촬영하고 이미지 분석을 수행하여 도 10 내지 도 12와 같은 결과를 얻었다.

도 10의 (a) 그래프를 통해 확인한 바에 의하면, 유입수 내에 포함된 기름액적(Droplet Population)은 200㎛ 이하를 나타났고, 대부분이 50㎛이하의 크기로 나타났다. 상기 결과를 이용하여 기름액적의 부피로 환산한 부피분율을 도 10의 (b)에 그래프로 나타내었다. 그래프와 같이 50~100㎛ 입자의 부피분율이 가장 많고 전반적인 결과는 그래프에 나타낸 바와 같다.

이러한 유입수는 고분자필터를 충진시킨 필터통체를 통과하면서 고분자필터에 의해 합체(coalescence)가 일어난다. 따라서 도 11의 (a)에서와 같이 기름액적의 크기가 증가하면서 도 11의 (b)에서와 같이 직경이 큰 기름액적의 부피분율이 증가한다.

이를 통해 고분자필터가 충진된 필터통체를 통과한 폐수내에 포함된 기름입자 중 150~200 ㎛ 입자의 부피분율이 가장 높은 것을 확인할 수 있다.

최종적으로 도 12의 (a) 및 (b)에 나타난 바와 같이 물과 기름 입자는 분리되어 최종 유출수내의 기름액적의 수가 크게 감소하고 있으며 유출수내 잔존한 액적의 크기도 10㎛ 이하의 미세입자들인 것으로 나타났다.

이로써 전술한 바와 같이 본 발명의 원통형 부유 고분자필터를 통한 폐수 내 기름성분의 제거가 합체(coalescence)에 의해 일어나고 있음을 증명함과 동시에, 효과적인 유류제거 성능을 보이는 것을 알 수 있다.

또한 본 실험에서는 원통형 부유 고분자필터를 이용한 강우 유출수내 비점오염물질 제거 성능을 평가하기 위하여 인공으로 제조한 강우 유출수에 대한 처리성능을 평가하였다.

본 실험에 사용된 폐수는 자동차 폐엔진 오일과 도로노면에서 수거한 먼지를 수돗물에 혼합하여 제조하였다. 도 13의 좌측 용기에는 원통형 부유 고분자필터가 충진된 비점오염저감장치를 통과하기 전의 유입수를 넣은 것이고, 우측 용기에는 원통형 부유 고분자필터가 충진된 비점오염저감장치을 통과한 유출수를 넣은 것이다. 육안으로도 유입수에 비하여 유출수 중의 오염물질들이 상당히 제거된 것을 확인할 수 있다.

이어서 본 발명의 원통형 부유 고분자필터에 의한 고형물의 제거 과정을 살펴보기 위해 도로면에서 수집한 먼지와 수돗물을 혼합하여 약 1,000 mg/L의 농도로 제조한 후, 원통형 부유 고분자필터와 10분간 접촉하였다.

그 결과 인공으로 제조한 강우 유출수 중의 미세한 고형물들이 고분자량 폴리에틸렌 소재로 구성된 원통형 부유 고분자필터에 흡착되는 것을 도 14의 흡착 전(a)과 흡착후(b)의 사진으로부터 확인할 수 있었다.

원통형 부유 고분자필터가 고형물질과 더욱 장시간에 걸쳐 반응을 한다면, 오염물질들이 고분자필터에 추가적으로 흡착되어 오염물질의 크기가 증가하게 되고, 이후에 중력에 의해 처리조의 하부로 침전될 것으로 확신한다.

실험에 사용된 폐수의 유입수와 유출수에 대한 수질을 도 15 내지 도 17의 그래프로 나타내었다.

수질검사는 유입 유량을 0.1~0.9 m³/h로 변화하며 유수분리 및 고형물분리를 행하였고, n-Hexane 추출물, 고형물, COD_Cr에 대한 처리성능을 검사하였다.

도 15에서와 같이, 유수분리 및 고형물분리전의 유입수 n-Hexane 추출물은 81.5~102.9 mg/L를 나타내었고, 유출수 n-Hexane 추출물은 4.7~26.2 mg/L의 농도 범위를 나타내었다. 특히, 유입유량을 0.9 m³/h로 증가하였을 때, 유출수 중의 n-Hexane 추출물 농도가 급격히 증가하는 경향을 나타내었다.

처리효율의 관점에서도 유입유량을 0.1 m³/h로 유지했을 때는 약 95%의 처리효율을 나타내었으나, 유입 유량을 증가함에 따라 처리효율이 감소하는 경향을 나타내었고, 유입유량이 0.9 m³/h되었을 때는 약 72%로 처리효율이 급감함을 나타내었다.

도 16 및 도 17에서와 같이 유출수 중의 부유성 고형물은 52.3~194.8 mg/L, COD_Cr는 19.4~58.5 mg/L를 나타내었으며, 부유성 고형물과 COD_Cr의 경우도 n-Hexane 추출물과 유사하게 유입유량이 증가함에 따라서 처리효율이 감소되는 경향을 나타내었다. 그러나, 유입유량이 0.9 m³/h로 증가하였을 때, 처리효율이 부유성 고형물은 86.6%, COD_Cr는 87.3%를 나타내어, n-Hexane 추출물과 같이 급격하게 처리효율이 감소하지는 않았다.

이를 통하여 유입유량이 증가할 경우, 부유성 고형물과 COD_Cr의 처리성능이 n-Hexane의 처리성능에 비하여 높게 유지됨을 확인할 수 있었다.

합체(Coalescence) 메카니즘을 이용한 원통형 부유 고분자필터가 충진된 본 장치의 처리성능은 기존의 유수분리시설 및 비점오염원 저감시설의 처리대상물질인 유기물과 부유물질 뿐만 아니라 유류의 제거에도 효과적인 것으로 나타났다.

또한, 원통형 부유 고분자필터가 충진된 유수분리시설 및 비점오염저감시설을 설계할 때, 유류와 고형물의 처리성능은 유수분리 및 비점오염물질 제거 측면에서 우선순위가 가장 높은 항목들 중 하나이다. 따라서, 본 실험을 통하여 처리시설의 성능을 살펴본 결과 설계시 유입유량이 0.6 m³/h 이하로 해 주는 것이 유류 및 고형물 처리 측면에서 타당할 것으로 판단된다.

아래의 표는 도 15 내지 도 17의 그래프를 표로서 나타내고, 종래의 유수분리필터에 의한 수질과 비교하였다. 표로부터 알 수 있는 바와 같이 n-Hexane 추출물에 대한 처리효율은 본 발명이 종래기술에 비하여 9.7~15％ 향상되었고, 고형물은 10.1~15.8％, COD_Cr은 9.5~14.4％ 각각 향상되었음을 확인하였다. 또한 유입유 량이 증가할수록 본 발명의 처리효율은 종래기술보다 전반적으로 향상됨을 알 수 있었다.

<표>

성분	유입량 (㎥/h)	본 발명			종래기술
		유입수 (mg/L)	유출수 (mg/L)	처리효율 (％)	유입수 (mg/L)	유출수 (mg/L)	처리효율 (％)
n-Hexane 추출물	0.1	84.5	4.7	94.4	86.5	13.2	84.7
	0.2	102.9	5.3	94.8	110.7	17.2	84.5
	0.3	81.5	5.9	92.8	83.2	14.8	82.2
	0.6	86.7	12.5	85.6	87.1	23.3	73.2
	0.9	86.2	26.2	69.6	85.3	38.7	54.6
부유성 고형물	0.1	1082	52.3	95.2	1100	163.4	85.1
	0.2	1250	73.5	94.1	1237	198.5	84.0
	0.3	1320	103.2	92.2	1365	251.8	81.6
	0.6	1530	135.7	91.1	1520	321.3	78.9
	0.9	1450	194.8	86.6	1500	438.2	70.8
CODCr	0.1	425	19.4	95.4	410	62.6	84.7
	0.2	436	23.5	94.6	451	67.3	85.1
	0.3	455	31.4	93.1	443	85.3	80.7
	0.6	504	43.2	91.4	520	107.3	79.4
	0.9	470	58.5	87.6	485	130.2	73.2

도 1은 본 발명에 따른 고분자필터를 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 고분자필터를 나타낸 정면도.

도 3은 본 발명에 따른 고분자필터의 탄성변형상태를 나타낸 정면도.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 고분자필터의 표면을 나타낸 사진.

도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 고분자필터를 이용한 실험에서 처리단계별 유류폐수의 입적크기를 나타낸 사진.

도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 고분자필터를 이용한 실험에서 처리단계별 기름입자의 분석그래프.

도 13은 본 발명에 따른 고분자필터를 이용한 처리전의 유입수와 처리후의 유출수를 나타낸 사진.

도 14는 본 발명에 따른 고분자필터를 이용한 실험에서 고형물의 흡착전과 흡착후를 나타낸 고분자필터의 표면 사진.

도 15 내지 도 17은 본 발명에 따른 고분자필터를 이용한 실험에서 유입수와 유출수에 대한 수질을 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 고분자필터 11 : 원통체

12 : 절결부

Claims (3)

1. 초고분자량의 폴리에틸렌재질로 제작되고, 지름 14~30㎜, 길이 50~85㎝, 두께 0.01~0.08㎜를 가지는 속이 빈 원통체로 형성되며, 상기 원통체의 길이방향으로 나선형으로 절취된 절결부가 형성되어 원통체에 작용하는 외력에 의해 원통체의 외형이 탄력적으로 변형 및 복원되도록 구성됨을 특징으로 하는 원통형 부유 고분자필터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 나선형의 절결부는 원통체의 중심축선에 대하여 45도의 경사각을 가지는 원통형 부유 고분자 필터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 폴리에틸렌재질의 분자량은 900만 이상인 것을 특징으로 하는 원통형 부유 고분자필터.

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