KR101353751B1 - 경사판 침전 복합식 자동 여과장치 - Google Patents

경사판 침전 복합식 자동 여과장치 Download PDF

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이호상
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동양수기산업(주)
한국수자원공사
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Abstract

본 발명은 경사판 침전 복합식 자동 여과장치에 관한 것으로, 볼텍스 사이클로이드식 혼화응집조(100)와, 상향류 경사판식 침전조(200)와, 역세척 및 표면세척기가 구비된 중력식 여과조(300)를 포함하여 이루어져 있어 착수정에서 유입되는 원수가 응집조(100)를 거쳐 침전조(200)로 유입되고, 침전조로 유입된 유입수는 침전조에 설치된 상향류식 경사판 침강장치를 통과하여 여과조로 유입되며, 여과조로 유입된 유입수는 여과재를 통과해 깨끗한 정수가 되어 정수지로 유입되도록 되도록 되어 있으며, 여과조에서는 여과재의 폐색시 자동 또는 수동으로 여과재의 역세척과 표면세척이 이루어져 깨끗한 정수를 지속적으로 생산할 수 있다.

Description

경사판 침전 복합식 자동 여과장치 {Automatic filtration complex system including inclined plate settler}
본 발명은 고속 응집침전여과장치에서 혼화응집조는 상하 우류식에서 볼텍스 사이클로이드 방식을 적용하고, 침전조에는 중력식에서 경사판 침전방식으로 적용하며, 여과조에는 회전식 표면세척기를 적용하여 처리 효율 향상 및 여과지속시간의 증대로 안정적인 고품질 수돗물 생산에 만전을 기할 수 있도록 한 경사판 침전 복합식 자동 여과장치에 관한 것이다.
본 발명과 관련된 종래기술로는 특허 제318620호의 접촉재를 사용한 고속응집 침전 여과방법 및 장치, 특허 제345493호의 응집 침전장치 등이 개시되어 있다.
한편, 상술한 종래의 고속응집침전여과기에서는 상하 우류식 응집조와 기계식 혼화기를 사용하고 있어서 혼화응집을 위한 공간이 과다하게 소요되므로 침전에 필요한 공간을 충분하게 확보하는 것이 기술적으로 곤란하였으며, 중력 침전방식에 있어서는 충분한 침전시간이 주어지지 않아 침전효율이 저하되고, 침전조의 표면 부하율이 높아 수질향상에 어려움이 있었으며, 슬러지의 배출을 위한 드레인 피트가 한정된 구역에만 존재함으로써 슬러지의 원활한 배출이 이루어지지 않았으며, 여과조의 여과사 상부에 형성되는 머드-볼의 파괴를 위한 분사노즐이 여과사 상부의 전 구역을 커버하지 못하고 국부적인 세척에만 그치고 정수 저장탱크(역세척 저장탱크)의 수두차에 의한 수압(0.5kg/)을 이용함으로써 표면세척에 요구되는 수압(3~4kg/)의 절대압력 부족으로 효과적인 표면세척이 이루어지지 않아 여과시간의 경과에 의해 여과효율이 급격하게 떨어짐은 물론 역세척 주기가 짧아져 여과지속시간이 줄어드는 것은 물론 세척수가 과다하게 소모되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고속 응집침전여과기의 처리효율 향상 및 여과지속시간 증대로 안정적인 고품질의 수돗물 생산에 만전을 기할 수 있는 자동 여과장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 단일 기기 내에 응집 침전 여과기능을 구비한 고속 응집침전 여과장치에서 착수정에서 유입되는 원수는 In-Line 믹서형 혼화관을 걸쳐 볼텍스 사이클로이드 응집기에서 응집을 한 후, 침전조에서 상향류식 경사판을 통과시키고, 여과조에서는 폐색시 역세척 및 회전식 표면세척기에 의해 여과재의 역세척과 표면세척이 이루어져 깨끗한 정수를 지속적으로 생산할 수 있도록 한 경사판 침전 복합식 자동 여과장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 실시 예에 의하면 기존 고속 응집침전여과기의 상하우류식 응집조를 급속 응집방식인 상향류 사이클론 혼화응집조로 변경함으로써 혼화응집공간을 최소화하여 침전공간을 최대한 확보할 수 있게 되었으며, 상향류 사이클론 응집방식은 원수가 원통을 따라 빠른 회전을 할 수 있도록 유도하여 최소 공간에서 플록의 충돌계수를 극대화함으로써 응집시간을 단축할 수 있고, 최소화된 응집공간으로 인해 확대된 침전공간에 상향류식 경사판을 설치하여 침전조의 표면 부하율을 기존 침전조의 1/3수준으로 낮추어 침전조 상등수의 수질을 개선하여 여과지속시간을 최대한 확보할 수 있으며, 한정된 구획의 드레인 피트를 원형 유공관 형태의 흡입식 사이폰 배출방식을 채택하여 슬러지의 원활한 배출이 가능하고, 여과조의 여과사 상부에 설치된 표면세척기는 회전되면서 고압의 세척수가 분사됨으로써 전 구역을 효과적으로 세척 및 머드-볼의 파괴가 가능하며, 여과사 상호 간의 충돌마찰을 일으켜 효과적인 여과사의 세척이 이루어지게 됨으로써 역세척 주기의 연장 및 세척수의 절감이 가능한 등의 유용한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 의한 경사판 침전 복합식 자동 여과장치의 외관도,
도 2는 본 발명에 의한 경사판 침전 복합식 자동 여과장치의 내부구조를 도시한 개략 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 볼텍스 사이클로이드 혼화응집조의 구성도,
도 4는 본 발명에 의한 침전조의 구성도,
도 5는 본 발명의 침전조에 설치된 슬러지 배출장치의 구성도,
도 6은 본 발명에 의한 여과조의 구성도이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 6에는 본 발명의 일 실시 예에 의한 경사판 침전 복합식 자동 여과장치가 도시되어 있는데, 단일 기기 내에 혼화응집 침전 여과기능을 구비한 고속 응집침전 여과장치로, 착수정에서 유입된 원수에 응집제를 투입하여 플록(floc)을 형성시키되 수류가 회전하면서 상승 및 하강하여 원수와 응집제가 혼합되는 볼텍스 사이클로이드식 혼화응집조(100)와, 상기 혼화응집조(100)를 거친 처리수가 유입되어 응집된 플록을 침전시키도록 복수의 상향류식 경사판(230)이 방사상으로 배치된 상향류 경사판식 침전조(200)와, 상기 침전조(200)를 거친 처리수 중의 미세물질을 여과재를 통과시키면서 여과하되 상기 여과재의 역세척과 표면세척을 위한 역세척 및 회전식 표면세척기(330)가 구비된 중력식 여과조(300)를 포함하여 이루어 있어 착수정에서 유입되는 원수가 응집조(100)를 거쳐 침전조(200)로 유입되고, 침전조(200)로 유입된 유입수는 침전조(200)에 설치된 상향류식 경사판(230)을 통과하여 여과조(300)로 유입되며, 여과조(300)로 유입된 유입수는 여과재를 통과해 깨끗한 정수가 되어 정수지로 유입되도록 되도록 되어 있으며, 여과조(300)에서는 여과재의 폐색시 자동 또는 수동으로 여과재의 역세척과 표면세척이 이루어져 깨끗한 정수를 지속적으로 생산할 수 있도록 되어 있다.
본 실시 예에서 상기 혼화응집조(100)는 볼텍스 사이클로이드식으로 이루어져 있는데, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 플록(floc)이 형성되도록 이중 원통 구조 즉, 외통(110)과 내통(120) 사이에서 회전하는 수류로 올라올 수 있도록 IN-LINE 혼화관(130)이 상기 외통(110)과 내통(120) 사이 공간의 하단부 일측에 법선 방향으로 부착되어 있고, 상기 외통(110)과 내통(120) 사이를 회전하면서(반 시계방향으로 회전) 올라온 수류는 다시 내통(120)으로 유입되어 하강하되 내통(120)에서는 수류가 회전(시계방향으로 회전) 되도록 내통(120) 내부에 고정식 날개(140)가 부착되어 있다.
따라서, 상기 응집조(100)에서는 상승 및 하강 수류시 와류가 발생하면서 충돌이 짧은 시간에 최대한 많이 이루어지면서 플록을 형성시키게 된다.
상기 침전조(200)는 도 1과 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 상부는 원통형으로 이루어지고, 하부는 아래로 갈수록 직경이 축소되는 원추형으로 이루어져 있으며, 상기 침전조(200)의 바닥 근처에는 침전조(200)의 하부에 플록이 가라앉으면서 퇴적된 슬러지를 외부로 제거할 수 있도록 슬러지 배출관(210)이 링-형으로 형성되어 있다.
상기 침전조(200)의 하부에 설치된 링-형의 슬러지 배출관(210)에는 방사상으로 슬러지 흡입구(도시 안 됨)가 형성되어 있어 적체된 슬러지의 배출시 사각지대가 없도록 되어 있고, 상기 슬러지 배출관(210)은 장치 외부로 슬러지 배출라인(220)이 연결되어 흡입펌프 등에 접속되게 되어 강제로 슬러지를 배출할 수 있다.
한편, 상기 침전조(200)에는 도 1과 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 방사상으로 상향류식 경사판(230)이 배치되어 있는데, 이는 침전조(200)의 하부에서 상부를 향하는 상향류의 수류(水流)를 만들고, 상부에 있는 플룸(240)에는 오리피스(242)가 형성되어 있어서 미세한 수압차로 경사판(230) 내부를 따라 상향하는 수류에서 플록을 형성시켜 경사판 하부로 슬라이딩 될 수 있도록 되어 있다.
또, 상기 플룸(240)의 말단부에는 도 1에 도시된 바와 같이 수위 조절을 위한 사각 웨어(250)가 높이조절 가능하게 설치되어 있어 이 사각 웨어(250)의 높이를 변화시키는 것에 의해 상기 경사판(230)의 수위를 조절함으로써 방사상으로 설치된 여러 경사판(230)으로의 수류(水流)의 균등 분배가 이루어질 수 있도록 되어 있다.
또, 상기 침전조(200)의 외측에는 상기 상향류식 경사판(230)에서 월류된 상등수가 합수되는 헤드 탱크(260)가 구비되어 있고, 이 헤드 탱크(260)에서 합수된 상등수는 여과조(300)로 보내지기 전에 배압을 조절하기 위한 시일 탱크(270)로 공급된다.
상기 여과조(300)는 도 6에 도시된 바와 같이 중력식 여과방식으로 하부의 여과사리(310;자갈층)와 상부의 여과재(320;여과사)가 적층되어 있고, 역세척이 잘 이루어질 수 있도록 상기 여과재(320) 상부에 회전식 표면세척기(330)가 설치되어 있다.
본 실시 예에서 상기 여과조(300)는 상부의 역세척수 저장실(340)과 분리되어 원수와 여과수가 섞이지 않도록 되어 있는데, 여과조(300)와 역세척수 저장실(340) 사이의 분리판(342)은 역세척시의 팽창이 최소화되도록 삿갓형으로 설계하며, 여과조(300)에서 역세척수 저장실(340) 사이를 연결하는 여과수 유통관(344)은 내부의 회전식 표면세척기(330)의 회전시 간섭을 일으키지 않도록 외부에 설치되어 있다.
상기 여과조(300)는 중력식 여과기로 침전수의 수압을 이용하여 여과후 여과수를 역세척수 저장실(340)에 저장하여 역세척수로 사용하므로 여과조(300) 상단에는 역세척수 저장실(340)이 배치되고, 여과조(300) 하단에는 타공판 형태의 집수판(302)이 설치되어 있다.
도면 중 부호 301은 시일 탱크(270)에서 여과조(300)의 상부로 연결된 유입관이다.
본 실시 예에서 상기 역세척수 저장실(340)은 여과조(300) 내부의 여과재(320) 역세척을 충분히 실시할 수 있는 용량으로 여과면적 1당 4~5분간, 분당 0.6~0.9의 역세척수를 공급할 수 있도록 하며, 역세척수 저장실(340) 상부에 정수 유출관(346)이 설치되고, 상기 여과조(30) 상부에는 역세척수의 배출을 위한 사이펀 관(348)이 설치되어 있다.
또, 상기 사이펀 관(348)의 상단부에는 역세척수 저장실(340)의 내측 하부에 하단이 위치한 사이펀 브레이크 관(347)이 연결되어 있다.
도면 중 부호 349는 에어 벤트이고, 부호 350은 역세척 시동밸브이다.
상기한 구성을 갖는 본 실시 예의 여과조에서는 일정 시간의 정수작용이 진행되면 여과사의 폐색으로 인해 여과조(300)의 수위가 상승하면서 사이펀 관(348)으로 계속해서 수위가 상승하게 되며, 이때 일정 수위에 도달하면 역세척 시동밸브(350)의 개방으로 사이펀작용에 의해 자동적으로 역세척이 이루어지게 된다. 역세척 원리는 사이펀 관(348)과 역세척수 저장실(340)의 수두 차에 의한 사이펀 현상이 발생하여 일시적으로 역세척수 저장실(340)내의 정수가 사이펀 관(348)으로 방수되어 화살표 방향으로 역세척이 이루어지게 된다.
한편, 상기 역세척수 저장실(340) 내의 수위가 사이펀 브레이크 관(347)의 하단까지 배출이 되면 공기가 사이펀 브레이크 관(347)을 통해 사이펀 관(348)의 상단부로 유입됨으로써 사이펀 작용이 깨지면서 더 이상 역세척수 저장실(340)의 물이 방수되지 않고 다시 정수(여과)과정이 진행되게 된다.
본 실시 예에서 상기 여과조(300)에서의 여과속도는 120m/day로 상기 여과사리(310)는 30cm, 여과재(320)는 60cm로 적층되어 있다.
한편, 상기 표면세척기(330)는 탁질이 여과층 내에 억류되면서 배압이 발생하면서 정수생산이 줄어들면 역세척 공정이 이루어지는데, 여과층 표면에 억류되어 있던 탁질을 회전식 표면세척기(330)로 여과재(320) 표면을 세척하면서 역세척이 이루어지므로 더욱 효율적으로 역세척이 진행되게 된다.
본 실시 예에서 상기 회전식 표면세척기(330)는 역세척 공정시 동시에 동작하게 되는데, 이는 여과재(여과사;320) 상부에 균등한 간격으로 노즐이 설치되어야 하며, 중앙에 회전축을 갖는 배관을 상기 여과재(320) 상부에서 5~25cm의 높이에 배치하고, 배관의 측면 및 선단에 분출 노즐을 붙여 3~4kg/의 수압으로 분당 5~15회 정도 회전되도록 하는데, 상기 분출 노즐은 중앙에 회전축을 갖는 배관이 물의 분출에 의해 회전될 수 있도록 소정의 각도로 배치한다.
상기 회전식 표면세척기(330)로의 세척수 공급은 원심 다단 펌프 등을 사용하는 것이 바람직하다.
도면 중 부호 331은 표면세척관이고, 부호 332는 표면세척펌프이다.
이와 같이 구성된 본 실시 예의 경사판 침전 복합식 자동 여과장치는 기존 의 상하우류식 응집조를 급속 응집방식인 상향류 볼텍스 사이클로이드식 응집조로 변경함으로써 응집공간을 최소화하여 침전공간을 최대한 확보할 수 있고, 최소 공간에서 플록의 충돌계수를 극대화함으로써 응집시간을 단축할 수 있으며, 최소화된 응집공간으로 인해 확대된 침전공간에 상향류식 경사판을 설치하여 침전조의 표면 부하율을 기존 침전조의 1/3수준으로 낮추어 침전조 상등수의 수질을 개선하여 여과지속시간을 최대한 확보할 수 있으며, 한정된 구획의 드레인 피트를 원형 유공관 형태의 흡입식 사이폰 배출방식을 채택하여 슬러지의 원활한 배출이 가능하고, 여과조의 여과사 상부에 설치된 표면세척기는 회전되면서 세척수가 분사됨으로써 전 구역을 효과적으로 세척 및 머드-볼의 파괴가 가능하며, 여과사 상호 간의 충돌마찰을 일으켜 효과적인 여과사의 세척이 이루어지게 됨으로써 역세척 주기의 연장 및 세척수의 절감이 가능하게 되는 이점이 있다.
100 : 응집조 110 : 외통
120 : 내통 130 : IN-LINE 혼화관
140 : 고정식 날개 200 : 침전조
210 : 슬러지 배출관 220 : 슬러지 배출라인
230 : 상향류식 경사판 240 : 플룸
242 : 오리피스 250 : 사각 웨어
260 : 헤드 탱크 270 : 시일 탱크
300 : 여과조 301 : 유입관
302 : 집수판 310 : 여과사리(자갈층)
320 : 여과재(여과사) 330 : 회전식 표면세척기
331 : 표면세척관 332 : 표면세척펌프
340 : 역세척수 저장실 342 : 분리판
344 : 여과수 유통관 346 : 정수 유출관
347 : 사이펀 브레이크관 348 : 사이폰관
349 : 에어 벤트 350 : 역세척 시동밸브

Claims (5)

  1. 단일 기기 내에 혼화응집 침전 여과기능을 구비한 고속 응집침전 여과장치로;
    착수정에서 유입된 원수에 응집제를 투입하여 플록(floc)을 형성시키되 수류가 회전하면서 상승 및 하강하여 원수와 응집제가 혼합되는 볼텍스 사이클로이드식 혼화응집조(100)와, 상기 혼화응집조(100)를 거친 처리수가 유입되어 응집된 플록을 침전시키도록 복수의 상향류식 경사판(230)이 방사상으로 배치된 상향류 경사판식 침전조(200)와, 상기 침전조(200)를 거친 처리수 중의 미세물질을 여과재를 통과시키면서 여과하되 상기 여과재의 역세척과 표면세척을 위한 역세척 및 회전식 표면세척기(330)가 구비된 중력식 여과조(300)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사판 침전 복합식 자동 여과장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼화응집조(100)는 외통(110)과 내통(120)의 이중 원통구조를 이루되 상기 외통(110)과 내통(120) 사이에서 회전하는 수류로 올라올 수 있도록 IN-LINE 혼화관(130)이 상기 외통(110)과 내통(120) 사이 공간의 하단부 일측에 법선 방향으로 부착되고, 상기 외통(110)과 내통(120) 사이를 회전하면서 올라온 수류는 다시 내통(120)으로 유입되어 하강하되 내통(120)에서는 수류가 회전되도록 내통(120) 내부에 고정식 날개(140)가 부착된 것을 특징으로 하는 경사판 침전 복합식 자동 여과장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 침전조(200)는 상부는 원통형으로 이루어지고, 하부는 아래로 갈수록 직경이 축소되는 원추형으로 이루어지며, 상기 침전조(200)의 바닥 근처에는 침전조(200)의 하부에 응집된 플록(floc)이 가라앉으면서 퇴적된 슬러지를 외부로 제거할 수 있도록 슬러지 배출관(210)이 설치되되, 상기 슬러지 배출관(210)은 다수의 흡입구가 타공된 링-형으로 이루어져 침전조(200)에 가라앉은 슬러지의 배출시 사각지대가 없도록 된 것을 특징으로 하는 경사판 침전 복합식 자동 여과장치.

  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 상향류식 경사판(230)은 침전조(200)에 방사상으로 배치되어 침전조(200)의 하부에서 상부를 향하는 상향류의 수류(水流)를 만들고, 상기 상향류식 경사판(230) 상부의 플룸(240) 말단부에는 수위 조절을 위한 사각 웨어(250)가 높이조절 가능하게 설치되어 사각 웨어(250)의 높이를 변화시키는 것에 의해 상기 경사판(230)의 수위를 조절함으로써 방사상으로 설치된 여러 상향류식 경사판(230)으로의 수류(水流)의 균등 분배가 이루어질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 경사판 침전 복합식 자동 여과장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 여과조(300)는 하부의 여과사리(310)와 상부의 여과재(320)가 적층되고, 상기 여과재(320) 상부에 회전식 표면세척기(330)가 설치되며, 상기 여과조(300) 상부에는 역세척수 저장실(340)이 구비되고, 상기 여과조(300) 하단에는 타공판 형태의 집수판(302)이 설치되며, 상기 여과조(300)는 침전수의 수압을 이용하여 여과된 여과수를 역세척수 저장실(340)에 저장하여 역세척수로 사용할 수 있도록 상기 여과조(300)와 역세척수 저장실(340) 사이에는 여과수유통관(344)이 외부로 연결되며, 상기 역세척수 저장실(340) 상부에는 정수 유출관(346)이 설치되고, 상기 여과조(300) 상단에는 역세척수의 배출을 위한 사이펀 관(348)이 설치되며, 상기 사이펀 관(348)에는 역세척시동밸브(350)가 설치되고, 상기 사이펀 관(348)의 상단부에는 역세척수 저장실(340)의 내측 하부에 하단이 위치한 사이펀 브레이크 관(347)이 연결되어 상기 여과재(320)의 폐색시 여과저항이 극한치에 도달할 경우 역세척시동밸브(350)의 개방으로 사이펀 시동에 의한 역세척이 이루어지며, 상기 표면세척기(330)는 침전조 상등수를 표면세척펌프(332)로 가압하여 측면 및 선단에 분출 노즐이 부착된 표면세척관(331)으로 공급되어 표면세척관(331)이 회전하면서 세척수가 여재표면의 머드볼을 파괴하도록 된 것을 특징으로 하는 경사판 침전 복합식 자동여과장치.
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