KR100975144B1 - 다공성 여재를 이용한 하천수 여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염된 지천을 본류로 합류하기 전에 오염물질을 제거하여 본류의 수질 보전을 위한 것으로, 특히 다공성 여재를 사용하여 수중 오염물질을 제거하는 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 지천(支川)에 형성된 수위조절용 보(100)와, 유입차단설비(110), 지천변에서 길게 뻗어 있는 수로(120), 하나 이상의 스크린(130), 침사지(140), 펌프장(150), 제1여과조(160), 제2여과조(170), 및 처리수조(180)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다공성 여재를 이용한 하천수 여과장치 {Filtration apparatus for river water using porous media}

본 발명은 오염된 지천을 본류로 합류하기 전에 오염물질을 제거하여 본류의 수질 보전을 위한 것으로, 특히 다공성 여재를 사용하여 수중 오염물질을 제거하는 장치에 관한 것이다.

하천수계는 본류와 지천으로 구분하는데, 지천은 지천의 유입유역에 산재한 비점오염원(축사, 농경지, 도로 등)에 의해 오염도가 높은 하천이다.

지천은 그 유량은 적으나, 오염도가 높아 본류로 합류되기 전에 처리하여 본류로 유입되어도 본류의 수질을 보호할 수 있는 장점이 있다.

비점오염의 특성상 오염물질을 차집하기가 어려워 지천은 오염에 항상 노출되어 있어 이에 대한 처리 방안이 절실한 상황이다.

종래의 기술은 하천수를 우회시켜 하천고수부지 지하에 미생물 담체를 충진시켜 미생물을 이용하여 생물학적 처리를 한 후에 다시 하천으로 유입시키는 방법을 시행하거나 하천 상부에 수초를 재배하여 수초에 의한 유기물 및/또는 질소, 인을 흡수시켜 수초를 제거함으로써 오염물질을 제거하는 방법을 적용하고 있다.

그러나 하천 고수부지에 생물학적 처리공정을 도입할 경우, 우리나라와 같이 계절별 강우량의 차이가 많이 나는 경우에는 유입수 수질 및 수량의 변화폭이 커서 미생물 배양이 어려워 처리효율의 변화가 크며, 홍수시 처리시설이 수몰되어 정상가동이 어려운 점이 있고, 하천 상부에 수초를 재배하여 오염물질을 제거하는 경우 처리효율이 낮아 가시적인 수질개선효과를 보기 어려운 현실이다.

따라서, 본 발명에서는 하천수를 우회시켜 전량을 홍수위 상부까지 끌어올려 처리속도가 빠르고 효율이 높은 다공성 여재를 이용한 처리시설을 설치하여 처리한 후 하천으로 재방류함으로써 하천수의 수질을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 여과장치는 댐이나 호수 등의 수질도 개선할 수 있다.

자연재해(예컨대, 홍수 등)에 영향을 받지 않고 안정적으로 처리시설을 가동할 수 있는 장점이 있다.

전술한 바와 같이, 종래기술에 따른 생물학적 처리시설 혹은 수초를 재배하여 처리하는 방법에서 나타나는 문제점을 해결하기 위하여 여과속도가 빠르며 처리효율이 우수한 다공성 여재를 이용한 여과방식을 채택함으로써 종래기술에서 나타나는 문제점과 단점을 해결하는 동시에 안정적인 수처리 시설을 가동하여 하천의 수질을 개선시킬 수 있다.

본 발명은 다공성 여재를 매개로 하여 오염된 하천을 효과적으로 여과처리할 수 있도록 창출되는 한편, 하천의 수질에 따라서 응집제를 투입함으로써 여과처리 효율을 증대시키고 총인(T-P)을 제거하여 하천의 부영양화에 의한 조류 발생을 억제할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

이와 더불어서, 본 발명에 따른 다공성 여재를 이용한 하천수 여과장치는 지속적으로 여과처리할 수 있어 포획된 오염물질에 의한 여재의 폐색현상을 방지하기 위한 역세척 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하며, 하천수의 유입부에 유입 차단장치를 설치하여 예컨대 홍수시 유입을 차단함으로써 후속 설비를 보호하는 한편, 하천수 유입시 혼입되는 협잡물 및 침사물질을 전처리할 수 있도록 협잡물 제거장치 및 침사시설을 전단에 설치한다.

또한, 주요 처리시설인 다공성 여재를 이용한 여과장치는 홍수피해로부터 방지하기 위하여 펌프장 시설을 구비하여 주요 처리시설을 홍수위보다 높은 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 원활하게 하천수를 펌프장 시설로 유입시키기 위하여 하천 단면에 수위조정장치(예컨대, 가동보, 수문 등)를 설치하여 수위를 상승시켜 펌프장 시설로 하천수를 원활하게 유입처리할 수 있도록 설비한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 오염된 지천을 본류에 합류시키기 전에 수처리 과정을 거쳐 본류로 유입시킴으로써 본류의 수질을 획기적으로 개선할 수 있는 효과를 제공한다.

지천에 의해 본류가 오염되면, 본류의 물을 이용하는 데에 상당한 제약을 받게 되며 이 본류의 물을 이용할 수 있는 정도로 처리하기 위해서는 막대한 비용과 시간이 소요될 것이다. 하지만, 본 발명에 따른 다공성 여재를 이용한 하천수 여과장치는 지천에 의한 본류의 오염을 방지하는 한편, 상수원수의 수질을 보전하여 국민의 건강을 보호하고 처리시설의 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 본류의 수자원 이용을 원활하게 하는 효과를 갖는다.

이와 더불어서, 댐이나 호수 등의 수질을 개선하는 데도 현저한 효과를 얻을 수 있다. 본 발명의 여과장치는 하천수 혹은 호수의 물을 정화하여 그대로 방류하지 않고 필요에 따라 사용하기 위한 목적으로도 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하천수 여과장치의 개략도이다.

이제, 본 발명의 하수천 여과장치는 첨부도면을 참조로 하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 하천수 여과장치의 개략도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 하천수 여과장치는 하천, 더욱 구체적으로 지천(支川)에 형성된 수위조절용 보(100)와, 유입차단설비(110), 지천변에서 길게 뻗어 있는 수로(120), 하나 이상의 스크린(130), 침사지(140), 펌프장(150), 제2여과조(170), 및 처리수조(180)로 이루어진다. 선택가능하기로, 본 발명의 하천수 여과처리장치는 고농도 처리를 위해 제2여과조(170) 상류에, 더욱 구체적으로 펌프장(150)과 제2여과조(170) 사이에, 상향류식 제1여과조(160)를 추가로 구비할 수 있다. 본 발명의 상세한 설명에서는 제1여과조(160)와 제2여과조(170)를 동시에 구비한 2단 여과조를 기초로 하여 기술하고 있다.

수위조절용 보(100)는 지천을 가로질러 배치되되, 바람직하기로 러버(rubber)보 혹은 수문 케이트식으로 되어 있다. 수위조절용 보(100)는 하천의 수위를 상승시켜 본 발명에 따른 처리시설로 오염된 하천수를 유입시킬 수 있는 수위, 예컨대 홍수위(洪水位) 정도로 충분히 확보할 수 있도록 설치된다. 물론, 상기 수위조절용 보(100)는 하천폭 전체에 걸쳐 설치될 필요는 없으며 유입수 확보를 위해 부분적으로 설치하는 것도 가능하며, 여기서는 편의상 "보"라고 통칭한다. 또한, 댐이나 호수의 물을 정화할 경우에는 댐이나 둑이 보의 역할을 하므로 별도의 보는 필요없는 경우도 있다.

수로(120)는 하천, 예컨대 지천으로부터 침사지(140)까지 길게 뻗어 하천수의 이동경로를 제공하는바, 수위조절용 보(100)로 야기될 하천수의 수위 상승효과로 인해 하천수가 수로(120)로 유입되고 여과공정을 위해서 침사지(140)로 안내된다.

지천을 흐르는 하천수가 수로(120)로 유입되는 것을 제어하기 위해, 본 발명에 따른 하천수 여과장치는 유입차단설비(110)를 구비하는 것이 바람직하다.

유입차단설비(110)는 앞서 기술된 바와 같이 수로(120)의 개방 및/또는 폐쇄를 작업자의 필요에 따라 조절할 수 있는바, 예컨대 홍수 등에 의해 수위가 상승하게 되면 작업자의 판단에 따라 유입차단설비(110)를 폐쇄하여 수로(120)로 유입될 하천수량을 제어함으로써 후단 설비들을 보호한다.

지천으로부터 침사지(140)까지 연장된 수로(120)는 침사지(140)로 오염된 하천수를 공급한다. 다시 말하자면, 침사지(140)는 공급될 하천수를 일시적으로 체류시키면서 비중차에 의해 모래, 흙 등의 이물질들을 가라앉히는 수처리 공간이다.

침사지(140)는 그 상류에, 바람직하기로 수로(120)의 배출단부와 침사지(140) 사이에 하나 이상의 스크린(130)를 배치한다. 스크린(130)은 수로(120)를 따라 공급될 오염된 하천수의 흐름과 함께 휩쓸려 유입될 상대적으로 입자의 크기가 큰 협잡물 혹은 부유물들을 본 발명에 따른 하천수 여과장치 내로 유입되지 않게 걸러내는 역할을 한다. 도시된 바와는 달리, 당해분야의 숙련자들에게 이미 주지관용적 기술로 알려져 있는 바와 같이, 스크린(130)은 선택가능하기로 침사지(140)의 하류에 위치될 수도 있다.

선택가능하기로, 협잡물 제거용 스크린(130)은 10mm ~ 50mm의 눈목간격을 유지하는 한편, 효과적인 협잡물 제거를 위해서 하나 이상의 스크린으로 되어 있다.

침사지(140)에서 1차 처리된 하천수는 후단설비인 펌프장(150)으로 안내된다.

펌프장(150)에 일시적으로 저장된 하천수는 펌프(P)를 매개로 하여 펌프장(150)과 제1여과조(160) 사이에 배치된 배관(참조부호 없음)를 통해 제1여과조(160) 혹은 제2여과조(170)에 직접 양정(揚程)된다. 여기서, 펌프장(150)은 앞서 기술된 유입차단설비(110)와 유사한 기능을 수행하는바, 홍수 시에 본 발명에 따른 하천수 여과장치에 예상치 못한 유량의 하천수가 제1여과조(160)로 유입되는 것을 방지한다.

퍼올려진 하천수는 제1여과조(160)로 안내되되, 바람직하기로는 제1여과조(160)의 하부로 공급된다.

전술된 바와 같이, 펌프장(150)에 저장된 하천수가 직접적으로 제1여과조(160)로 안내되지 않고, 펌프(P)를 통해 양정되도록 설계되어 있어 홍수 시에도 하천수의 범람 혹은 유입을 예방할 수 있다. 즉, 제1여과조(160)는 펌프장(150)의 설치위치보다 높게, 더욱 바람직하기로는 홍수위보다 높게 설치되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 제1여과조(160)와 펌프장(150)의 설치 높이차 만큼 하천수는 양정될 것이다.

하천수는 배관을 지나면서 응집제와 혼합되되, 바람직하기로 배관에 순간혼화기(200)를 추가로 구비한다. 순간혼화기(200)는 폴리염화알루미늄(PolyAluminum Chloride;이하 PAC) 혹은 명반(Alum) 등의 응집제와 하천수의 약품혼화 시간을 최소화하여 동력비와 응집제 약품비를 저감시킬 수 있다.

하천수는 펌프장(150)에서 제1여과조(160)로 이동하면서, 순간혼화기(200)를 통해 응집제와 혼화되어 형성된 플럭(floc)이 추후 제1여과조(160)에 구비된 다공성 부상여재와의 접촉으로 SS(Suspended Solid;불용성 부유물질) 등을 효과적으로 여과처리할 수 있다.

구체적으로, 제1여과조(160)는 다공성 부상여재(162)와의 접촉공간을 확보하는 동시에 제1여과조(160)를 빠른 속도로 관통하기 위해서 제1여과조(160) 하부에서 하천수를 공급받아 여과처리하여 상부로 배출토록 상향류식으로 설계되어 있으며, 추가로 그 바닥에 침전된 농축 슬러지들을 배출관(161)를 통해 외부로 반출한다. 여과된 처리수는 후처리 공정을 위해 제2여과조(170)로 안내될 것이다.

제1여과조(160) 내부에서 상향류로 이동하는 하천수는 제1여과조(160)를 통과하면서 전처리된 처리수를 그 후단에 제2여과조(170)로 안내한다.

제2여과조(170)는 제1여과조(160)에서 여과된 처리수를 하향류로 흐르게 하여 제2여과조(170) 내부에 배치된 다공성 여재와 접촉하여 후처리 여과공정을 수행하게 된다. 제2여과조(170)는 우선적으로 전처리 공정을 통해 고농도 처리된 처리수를 다공성 여재로 이루어진 여과층부(171)를 수단으로 하여 저농도 정밀여과하여 응집제에 의한 응집여과로 T-P를 제거할 수 있다.

제2여과조(170)에서 재차 여과된 처리수는 제2여과조(170) 하부에 구비된 유출관(172)을 통해 처리수조(180) 혹은 외부 수계로 내보내 진다.

하수의 지속적인 처리과정을 통해, 응집물 혹은 침전물 등이 적층되어 여과층부를 폐색시켜 여과효율이 떨어지게 되는데, 제1여과조(160)에서 공급되는 유입수가 제2여과조(170) 내부에서 차오르게 되면 제1여과조(160)에서 공급되는 유입수를 차단하고서 제2여과조(170) 바닥에서 여과층부(171)를 향해 상향류되게 역세척수(및/또는 공기)를 공급한다.

역세수단(173)으로 공급될 역세척수는 유입수의 여과처리되는 유동방향과 반대방향으로 주입되어 여과층부에 적층되어 있던 슬러지를 여과층부에서 박리시켜 여과층부의 막힘을 방지할 수 있다. 역세척수는 처리수조(180)의 물을 재활용할 수도 있다.

역세척으로 박리된 슬러지, 예컨대 SS는 제2여과조(170)에 수용된 수면으로 떠오르게 하여 제2여과조(170)에서 길이연장된 배출관(174)을 지나 역세척의 배출수 저류조로 안내된다.

본 발명에 따른 제1여과조(160)와 제2여과조(170)는 아래에서 더욱 구체적으로 설명한다.

제1여과조

유입수는 펌프장(150)에서 펌프(P)를 수단으로 하여 제1여과조(160)로 안내되되, 제1여과조(160)는 여과처리조로서, 제1여과조(160)로 유입된 하천수가 집수되어 바닥으로 슬러지를 침전시켜 배출관(161)을 개방하여 외부로 농축 슬러지를 반출한다.

제1여과조(160)는 다공성 부상여재(162)와의 접촉공간을 확보하는 동시에 이 제1여과조(160)를 고속으로 관통하기 위해서 제1여과조(160) 하부에서 하수를 공급받아 상부로 여과처리하여 배출토록 설계되되, 상부면 근처에는 여과된 처리수를 후처리 공정을 위해 제2여과조(170)로 월류시키거나 안내한다.

선택가능하기로, 제1여과조(160)에는 다공성 부상여재(162)의 유실을 방지하도록 상부에 제1여과조(160)를 가로질러 배열된 제1스크린(163) 및 하부에 제1여과조(160)를 가로질러 배열된 제2스크린(164)을 구비한다. 그리고 다공성 부상여재(162)는 제1스크린(163)과 제2스크린(164) 사이에 위치된다.

제1여과조(160)는 다공성 부상여재(162)의 역세척에 사용될 역세수단(165)을 구비하는 것이 바람직한데, 역세수단(165)은 제1여과조(160) 하부에 하나 이상의 산기관을 구비하여 제1여과조(160)에 공기(또는 필요에 따라서 역세척수)를 공급할 수 있도록 되어 있다. 이 공기는 제1여과조(160)에 수용된 처리수를 난류 유동시켜 다공성 부상여재(162)에 붙어 있는 슬러지, 예컨대 SS를 박리시킬 수 있다. 선택가능하기로, 역세수단(165)은 제1여과조(160) 바닥면 바로 위 혹은 제2스크린(164) 위에 배치될 수 있으며, 도 1에서는 제2스크린(164) 위에 역세수단을 배치하고 있다.

다공성 부상여재(162)가 폐색되어 여과효율이 떨어지게 되면, 역세수단(165)으로 공급되는 기류를 통해 슬러지가 분리되는데, 분리된 슬러지와 제1여과조 내에 채워져 있는 물은 배출관(161)을 따라 반출된다.

제2여과조

제1여과조(160)에서 전처리된 처리수 혹은 펌프장(150)에서 펌프(P)로 직접 공급된 하천수는 제2여과조(170)로 유입되는데, 특히 제2여과조(170)에서는 유입수가 위에서 아래로 내려보내는 하향류로 여과층부(171)를 통과하여 여과처리되도록 설계한다. 바람직하기로, 여과층부(171)는 제2여과조(170)의 바닥면과 평행하게 이격되게 배치되는바, 다공성 여재(175)로 충전되어 있다.

여과층부(171)의 구조는 도 1의 원호에 비교적 상세하게 도해한다. 선택가능하기로, 여과층부(171)는 지지대(176)와, 와이어 메쉬(177), 굵은 모래층(178), 및 다공성 여재(175)로 구성된다. 지지대(176)는 제2여과조(170)를 가로질러 배열되되, 그 상에 안착될 와이어 메쉬, 굵은 모래층 뿐만 아니라 다공성 여재를 충분히 지탱할 수 있게 배열된다. 와이어 메쉬(177)는 도시되었듯이 지지대(176) 상에 배열된다. 와이어 메쉬(177)는 그 위에 안착될 구성부재, 예컨대 굵은 모래가 여과층부(171) 아래로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 촘촘한 구조로 선택되는 것이 바람직하다. 와이어 메쉬(177)는 전술된 바와 같이 굵은 모래의 유실방지를 목적으로 할 뿐만 아니라 여과층부(171)를 역세척할 경우 역세척수의 상향류 이동을 돕는다. 당해분야의 숙련자들에게 알려져 있듯이, 역세척수의 흐름을 안내하면서 굵은 모래층이 통과하지 않도록 하는 와이어 메쉬를 대신하여 다공판 등을 적용할 수 있는데 와이어 메쉬로 통칭하기로 한다.

더욱 효과적으로 굵은 모래의 유출을 방지하기 위해서 하나 이상의 와이어 메쉬(177)가 적층될 수 있다.

다공성 여재(175)는 와이어 메쉬(177) 위에 배열된 굵은 모래층(178) 상에 안착되어, 제2여과조(170)에서 하향류하는 처리수를 여과한다.

여과처리하면서, 다공성 여재 상에 적층되는 슬러지에 의해 유입수가 신속히 여과되지 못해 처리수의 배출량이 현저하게 줄어들면 제2여과조(170) 내부에서 유입수의 수위가 상승하게 된다. 본 발명은 감지센서(179)를 수단으로 하여 제2여과조(170)의 유입수에 대한 변동사항을 측정하게 되는바, 예컨대 제2여과조 내의 유입수 수위, 처리수 유량 또는 역세척수 수위 등을 측정한다. 유입수 수위의 변동, 더욱 구체적으로 예컨대, 미리 설정된 수위 이상으로 유입수가 차오르게 되면 이를 감지센서(179)가 감지하도록 하거나, 유출관(172)을 따라 배출되는 처리수의 유량을 측정한 결과, 처리수의 유량이 미리 설정된 유량에 미치지 못할 경우에 역세수단(173)을 통해 본 발명에 따른 여과장치의 제2여과조의 바닥에서 여과층부(171)를 향해 상향류되게 역세척수를 공급한다. 선택가능하기로, 역세수단(173)은 역세척수와 공기를 동시에 공급하여 슬러지 분리를 위한 역세척 과정을 돕는다.

유출관(172)은 도시되었듯이 하향류식 제2여과조(170)의 하부에 배치된다.

감지센서(179)는 역세척시 역세척수가 제2여과조 상부를 월류하지 않고 여과층부보다 높게 유지할 수 있도록 공급되는 역세척수의 수위를 감지할 수도 있다. 미리 설정된 수위만큼 역세척수가 공급되도록 역세척수의 수위를 조절할 수도 있다. 물론 감지센서를 사용하지 않고 미리 설정된 주기로 역세수를 공급하고, 또 일정한 분량의 역세수를 공급하여 역세척한 후 배출할 수도 있다. 이 또한 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

역세척수는 유입수의 여과처리되는 유동방향과 반대방향으로 주입되어 여과층부(171)에 슬러지로 폐색되어 있던 다공성 여재(175)를 분산시키면서 그 표면 상에 붙어 있던 슬러지를 분리하여 여과층부의 막힘을 방지한다. 역세척수가 공급되면 다공성 여재(175)를 막고 있던 슬러지(오염물질)와 다공성 여재가 위로 부상하게 되고, 역세척수의 공급을 멈추면 다공성 여재는 다시 가라앉게 되고 이때 역세척수를 배출하면 슬러지를 배출하게 된다.

여기서, 본 발명의 제2여과조(170)에 사용될 다공성 여재(175)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온(예컨대, 800~1,100℃)으로 가열하고 이를 냉각시켜 분쇄한 것으로서, 입경은 3mm 이하이며, 건조시 용적밀도 0.4~1.2g/㎤, 수분포화시 용적밀도 1.2~2.0g/㎤인 다공성 입자로 되어 있다. 참고로, 본 발명에 적용될 다공성 여재(175)의 수분포화시 용적밀도는 1.2~2.0g/㎤이며, 바람직하게는 1.3~1.8g/㎤로 되어 있다.

또한, 본 발명의 제1여과조(160)에 사용될 다공성 부상여재(162)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온으로 가열하여 이를 냉각시켜 분쇄한 것으로, 건조시 용적밀도 0.2~0.6g/㎤, 공극률이 50~80%이며, 10~50mm의 크기로 되어 있고, 수분포화시에도 용적밀도가 1g/㎤보다 작아 물에 뜨게 되는데, 다공성 부상여재의 적절한 부력을 고려하여 수분포화시 0.4~0.8g/㎤ 정도인 것이 좋다.

부언하자면, 상기 다공성 여재(175)와 다공성 부상여재(162)는 유리분말에 발포제를 혼합하고 고온으로 가열하여 이를 냉각시켜 분쇄하여 형성하는데, 상기 다공성 여재(175)는 작게 분쇄되면서 기포가 파괴되어 침전되고, 상기 다공성 부상여재(162)는 내부의 기포가 유지되어 물에 뜨게 된다.

특별하기로, 앞서 언급된 다공성 여재(175)의 수분포화시 용적밀도를 고려하면, 용적밀도가 1.2g/㎤ 이하의 경우에는 물의 밀도와 비슷하여 유동하는 물의 흐름에 쉽게 휩쓸리게 되어 여과층부 상에서 균등하게 분포되어야 할 다공성 여재가 일측으로 쏠리거나 여재 사이에 슬러지가 쉽게 침투할 수 있는 문제를 갖고, 용적밀도가 2.0g/㎤ 이상의 경우에는 쉽게 떠오르지 않게 되어 다공성 여재의 부상으로 구현되는 본 발명만의 독특한 역세척 공정에 적합하지 않아 역세척수의 분사압을 상당히 높여야 하므로 바람직하지 않다. 더욱 바람직하기로는 다공성 여재(175)의 수분포화시 밀도는 1.3~1.8g/㎤이 좋다.

다시 말하자면, 수분포화시 다공성 여재는 물의 밀도(1g/㎤)보다 커 여과처리시 하방으로 흐르는 유입수의 흐름에 동요(흩날림)되지 않고 정위치될 수 있으며, 이와 달리 상대적으로 일반 모래의 밀도보다는 가벼워 역세척시 역세척수의 공급만으로도 용이하게 부상되어 오염물질과 쉽게 분리될 수 있어서 역세척수와 역세시간의 절감이 가능하도록 되어 있다.

참고로, 본 발명의 하천수 여과장치 중 제2여과조에서의 여과과정과 역세척과정에 대해서 간략하게 기술한다.

본 발명에 따른 제2여과조(170)는 우선적으로 유입수를 유입관으로 하우징에 공급한다. 공급된 유입수는 제2여과조에 구비된 여과층부(171)를 통과하면서 다공성 여재에 의해 슬러지가 여과되는 과정을 거치게 된다. 이러한 여과과정중에는 유입관과 유출관을 개방하고 역세수단과 배출관을 차단한다.

유입수의 연속 공급으로, 제2여과조는 여과과정을 연속적으로 수행하는데, 장시간 운전하거나 유입수에 함유된 슬러지의 농도가 높을 경우에는 처음에 비해서 여과효율이 떨어지게 된다.

여과층부(171)의 다공성 여재(175)의 겉표면에 슬러지가 과도하게 포획되어 여과저항이 커지게 되면 여과효율이 떨어져, 여과층부의 통과속도가 현저하게 느려지는 한편, 유입수는 계속 공급되므로 인해 제2여과조 내에 수용될 유입수의 수위가 높아질 것이다. 즉, 여과층부가 폐색되면 처리성능이 떨어져 유출관(172)으로 빠져나갈 처리수의 유량도 현저하게 감소될 것이다. 이러한 수량 변동사항은 감지센서(179)를 수단으로 하여 감지하여 역세척 주기를 결정한다.

미리 설정된 임의의 수치(예컨대, 유입수의 수위, 처리수의 유량 등)가 역세척 운전을 결정하게 되는바, 역세척을 필요로 하는 경우에, 우선적으로, 유입관을 폐쇄하여 유입수의 공급을 차단한다.

그런 다음에, 제2여과조의 하우징 내에 잔존해 있는 유입수만을 여과처리하여 유출관(172)을 통해 물을 배출하여 제2여과조의 내부를 비운다. 선택가능하기로, 역세척수의 공급량을 줄이기 위해서 여과층부(171)의 상부 수체 정도만을 배출시킬 수 있다.

유입관과 유출관(172) 및 배출관(174)을 폐쇄한 상태로, 역세수단(173)을 작동시켜 역세척수를 여과층부(171) 아래에서 위를 향해 공급한다. 역세척수의 공급은 전술된 바와 같이 여과층부(171)를 아래에서 위로 관통할 수 있게 상향류로 공급하되, 이때 역세척수는 여과층부(171)에 걸쳐 골고루 균등하게 분배될 수 있도록 한다. 역세척수가 균일하게 분배되지 않으면, 여과할 때 세척된 부분으로만 유입수가 통과하게 되며 그 부분에서만 여과속도가 빠르게 되고, 반대로 세척이 불충분한 부분에서는 여과층의 부분적인 폐색이 발생할 수 있다.

역세척수가 공급되어 여과층부(171)를 역세척하도록 여과층부(171)에서 다공성 여재(175)가 역세척수와 함께 부상되면서 유동되게 한다. 역세척수 혹은 역세척수/공기의 분사를 통해 다공성 여재(175) 상호 간의 마찰 혹은 수류의 전단력으로 다공성 여재에 붙어 있던 슬러지를 분리한다.

참고로, 역세척수는 본 발명의 제2여과조를 월류하지 않도록 역세척수의 공급량을 한정하는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하기로 역세척수의 공급량은 배출관(174)보다 높고 제2여과조 상부보다 낮게 수위조절하여 공급한다. 역세척수의 수위도 감지센서(179)를 통해 감지될 수 있다. 역세척수의 공급은 도면의 역세수단(173)에 한정되지 않으며, 다른 배관이나 호스 등으로 여과층부(171)의 아래에 역세수를 공급하는 수단은 본 발명의 범위에 포함된다.

역세척수의 공급을 차단하여 유동하던 다공성 여재(175)가 굵은 모래층 상으로 침전되어 안정화되되, 다공성 여재(175)는 슬러지에 비해서 무거워 굵은 모래층(178)에 빠르게 안착된다.

다공성 여재(175)가 충분히 안착된 다음에, 다공성 여재 상으로부터 분리된 슬러지를 조속하게 배출하기 위해서, 개방된 배출관(174)을 통해 역세척수와 함께 슬러지를 외부로 반출시킬 수 있다.

배출관(174)은 제2여과조(170)의 상부와 여과층부(171) 사이의 중간지점보다 아래에 배치되어 제2여과조의 여과공간을 월류하지 않도록 공급된 역세척수를 배출하도록 하여 역세척 시간을 단축할 수 있고, 역세척수의 배출량을 줄일 수 있어서 역세척수 농축조의 처리부담을 줄일 수 있게 된다.

100 ----- 수위조절용 보,
110 ----- 유입차단설비,
120 ----- 수로,
130 ----- 스크린,
140 ----- 침사지,
150 ----- 펌프장,
160 ----- 제1여과조,
170 ----- 제2여과조,
180 ----- 처리수조.

Claims (9)

1. 하천수를 집수하여 여과하는 장치에 있어서,
   상기 하천수는 하천을 가로질러 배열된 수위조절용 보(100)로 수위를 확보하여 수로(120)를 따라 안내되는데,
   상기 수로(120)를 개방 혹은 폐쇄하는 유입차단설비(110)와;
   상기 수로(120)로 안내된 하천수에서 이물질을 가라앉혀 제거하는 침사지(140);
   상기 침사지(140)에서 이송된 하천수를 저장하는 펌프장(150);
   상기 펌프장(150)의 펌프로 공급될 유입수를 하향류로 흘려보내며 여과처리하도록, 바닥면에서 소정의 거리만큼 이격되고 다공성 여재(175)를 구비한 여과층부(171)와, 처리수를 외부로 내보내기 위해 하부에 위치된 유출관(172), 상기 여과층부 아래에 위치되어 역세척수를 공급하는 역세수단(173) 및, 슬러지와 역세척수를 외부로 배출하는 배출관(174)을 구비한 제2여과조(170); 및
   상기 유출관(172)을 지나 처리수를 집결시키는 처리수조(180);를 구비하고,
   상기 유입차단설비(110)와 펌프장(150)의 펌프(P)를 수단으로 하여 상기 하천수의 유입량을 제어할 수 있고, 상기 제2여과조(170)는 상기 하천의 홍수위(洪水位) 보다 높게 설치되는 것을 특징으로 하는 다공성 여재를 이용한 하천수 여과장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 펌프(P)로 공급될 하천수를 상향류로 흘려보내며 전처리하도록, 하천수와의 접촉으로 여과처리하는 다공성 부상여재(162)와, 슬러지를 외부로 내보내기 위해 바닥에 위치된 배출관(161) 및 상기 다공성 부상여재(162)를 역세척하기 위해 하부에 배치된 역세수단(165)을 구비하는 제1여과조(160)가 제2여과조(170)의 앞에 배치되고, 하천수의 홍수위 보다 높게 설치되는 것을 특징으로 하는 하천수 여과장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 제1여과조(160)의 상부를 가로질러 배열된 제1스크린(163)과 제1여과조(160)의 하부를 가로질러 배열된 제2스크린(164)을 구비하고, 상기 제1 및 제2스크린(163,164) 사이에 상기 다공성 부상여재(162)를 위치시키는 것을 특징으로 하는 하천수 여과장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 여과층부(171)는 상기 제2여과조(170)를 가로질러 배열된 지지대(176)와, 이 지지대(176) 상에 배치된 하나 이상의 와이어 메쉬(177), 상기 와이어 메쉬를 통과하지 않는 굵은 모래층(178), 및 이 모래층(178) 위에 배치되는 다공성 여재(175)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 하천수 여과장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 다공성 여재(175)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 발포제를 혼합한 혼합물을 고온으로 가열하고 이를 냉각시켜 분쇄한 입상체로 되어 있으며, 이 입상체는 입경이 3mm 이하이며, 건조시 용적밀도 0.4~1.2g/㎤, 수분포화시 용적밀도 1.2~2.0g/㎤으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 하천수 여과장치.
   
6. 제2항에 있어서, 상기 다공성 부상여재(162)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온으로 가열하여 이를 냉각시켜 분쇄한 것으로, 건조시 용적밀도 0.2~0.6g/㎤, 수분포화시 용적밀도는 0.4~0.8g/㎤이며, 공극률이 50~80%이며, 10~50mm의 크기로 되어 있는 것을 특징으로 하는 하천수 여과장치.
   
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 순간혼화기(200)를 추가로 구비하며, 상기 순간혼화기(200)가 상기 펌프장(150)에서 양정될 하천수와 응집제의 혼화를 돕는 것을 특징으로 하는 하천수 여과장치.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 하천수 여과장치는 하나 이상의 수위 또는 유량 감지센서(179)를 추가로 구비하여 역세척 시기를 판단하고, 상기 역세척수가 상기 배출관(174)보다 높고 상기 여과조(170)를 넘치지 않게 역세척수의 공급량을 제어할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 하천수 여과장치.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 제2여과조(170)에는 상부와 여과층부(171) 사이의 중간지점보다 아래에 역세척수 배출관(174)를 배치하는 것을 특징으로 하는 하천수 여과장치.
   

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