KR101441648B1 - 섬유볼 여재를 이용한 하폐수 고도처리시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각종 하폐수 처리시설의 여과시설이나 고도처리 시설의 전처리 여과시설로 사용되는 폐수처리장치에 관한 것으로, 종래 섬유볼의 제조방법을 개량하고, 신규한 섬유볼과 플라스틱볼로 구성되는 여과재를 사용한 폐수처리장치를 도입함으로써, 여과탱크 내로 주입하여 배출시키는 대상수에 부유물 및 BOD, COD 성분을 제거할 수 있으며 특히 총질소 성분을 효과적으로 낮출 수 있도록 구성시킨 폐수처리장치에 관한 것이다.
본 발명은 각종 하폐수 처리시설의 여과시설이나 고도처리 시설에 사용되는 고도처리시스템에 관한 것으로, 종래 섬유볼의 제조방법을 개량하고, 신규한 섬유볼의 사용방법을 도출함과 아울러 하폐수고도처리 시스템을 도입함으로써, 여과탱크내로 주입하여 배출시키는 대상수에 부유물질 및 BOD, COD 성분을 제거할 수 있다. 특히 총인 성분을 효과적으로 저감시키기 위하여 자화처리를 통해 대상수의 물리화학적 성질을 변화시켜 표면장력 저하에 따른 대상수에 함유된 미립자의 응집효율 증가 및 라인믹서를 통한 응집반응, 그리고 TF 믹서를 통해 형성된 플록의 거대화를 실시한 후 섬유볼 여과를 통해 대상수에 함유된 인 성분을 제거할 수 있도록 구성시킨 섬유볼 여재를 이용한 고도처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은
(A) 여과탱크 유입 전에 자화기에 의해 유입수의 극성변화를 통해 약품주입시 약품농도를 기존보다 감소시킬 수 있고 처리효율을 더 향상시킬 수 있는 기능을 갖는 자화기, (B) 약품과 하폐수를 혼합하는 교반장치로서, 다수의 element판을 내장하고 있는 라인믹서(200), (C) 약품과 하폐수의 반응이 잘 이루어 지도록 하여 덩어리(floc)를 크게 형성하도록 하는 무동력 반응장치로서, 하폐수의 흐름을 접선방향으로 주입하여 장치의 외벽을 타고 나선형 흐름이 되도록 하는 접선유동믹스(300), 및 (D) 하폐수에 포함되어 있는 오염물질을 제거하는 장치로서, 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태의 다단계 분리층이 장착되고, 짝수 또는 홀수 분리층 사이에 섬유볼과 플라스틱볼이 혼합되어 충진된 여과탱크(400)로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치를 제공한다.

Description

섬유볼 여재를 이용한 하폐수 고도처리시스템{ADVANCED SEWAGE AND WASTEWATER TREATMENT SYSTEM USING FIBER-BALL MEDIA}
본 발명은 각종 하폐수 처리시설의 여과시설이나 고도처리 시설의 전처리 여과시설로 사용되는 폐수처리장치에 관한 것으로, 종래 섬유볼을 사용한 여과장치의 경우 여과재인 섬유볼이 뭉치는 문제점을 해결하기 위해서 하폐수 전처리 장치, 섬유볼 제조방법, 신규한 플라스틱볼과 섬유볼을 함께 사용하는 방법, 여과탱크의 다단계장치로 구성되는 하폐수의 부유물 및 BOD, COD 성분을 제거할 수 있으며, 총질소 성분을 효과적으로 낮출 수 있도록 구성시킨 폐수처리장치에 관한 것이다.
본 발명은 각종 하폐수 처리시설의 여과시설이나 고도처리 시설에 사용되는 고도처리시스템에 관한 것으로, 종래 섬유볼의 제조방법을 개량하고, 신규한 섬유볼의 사용방법을 도출함과 아울러 하폐수고도처리 시스템을 도입함으로써, 여과탱크내로 주입하여 배출시키는 대상수에 부유물질 및 BOD, COD 성분을 제거할 수 있다. 특히 총인 성분을 효과적으로 저감시키기 위하여 자화처리를 통해 대상수의 물리화학적 성질을 변화시켜 표면장력 저하에 따른 대상수에 함유된 미립자의 응집효율 증가 및 라인믹서를 통한 응집반응, 그리고 TF 믹서를 통해 형성된 플록의 거대화를 실시한 후 섬유볼 여과를 통해 대상수에 함유된 인 성분을 제거할 수 있도록 구성시킨 섬유볼 여재를 이용한 고도처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 정수용 여과재 제작방법에 관한 것으로서 종래 사용되던 섬유볼의 기능을 최대화하기 위하여 섬유볼의 제조과정을 개량하였으며, 개선된 기능을 갖춘 섬유볼을 이용하는 하폐수처리 고도처리시스템을 도출함으로써, 여과탱크의 주입 배출되는 부유물질은 물론 BOD 및 COD 성분의 제거를 탁월하게 실시할 수 있도록 구성하였으며, 그리고 총인 성분을 보다 효율적으로 제거하기 위하여 기존의 급속교반과 여과설비의 문제점을 보완한 자화처리, 라인믹서, TF믹서, 섬유볼여과 등으로 구성하였다.
종래의 하폐수 처리장치는 원수를 주입 배출하는 공급관과 배출관 및 여과재를 내장시키는 여과탱크와 여과재를 세척하는 역세수를 공급하는 역세관으로 구성된 통상의 여과장치에 있어서 여과탱크 내부에 모래, 자갈, 활성탄층을 일정 높이로 적층시켜서 여과재를 구성시킨 다음 하폐수를 일차 처리한 후 유입수를 주입관을 통해 일정 압력으로 주입하여 상기와 같이 적층된 모래, 자갈, 활성탄층을 차례로 통과시켜서 유입수에 내포된 불순물들이 여과되도록 하고, 여과과정에서 여과재에 부착된 미세 고형물 등을 주기적으로 세척한 다음 보다 안정적으로 유입수가 여과되도록 하는 것이 일반적이었다.
종래에는 원수를 주입 배출하는 공급관과 배출관 및 여과재를 내장시키는 여과탱크과 여과재를 세척하는 역세수를 공급하는 역세관으로 구성된 통상의 여과장치에 있어서 여과탱크 내부에 모래, 자갈층을 일정 높이로 적층시켜서 여과재를 구성시킨 다음 하폐수를 일차 처리한 후 유입수를 주입관을 통해 유입하여 일정한 압력하에서 상기와 같이 적층된 모래, 자갈층을 차례로 통과시켜서 유입수에 내포된 불순물들이 여과되도록 하고, 여과과정에서 여과재에 부착된 미세고형물 등을 주기적으로 세척한 다음 보다 안정적으로 유입수가 여과되도록 하는 것이 일반적이었다.
상기와 같이 여과재를 구성시키면 유입수가 여과재를 통과하는 유속이 매우 느리기 때문에 유입수 여과시간이 길어지므로 유입수 유입압력으로 변화시킬 수 있는 유량이 미비하다.
따라서, 여과재의 면적에 의해 유입수의 여과량을 변화시킬 수 있으므로 일정한 시간내에 필요로 하는 여과량을 충족시키기 위해서는 여과장치의 설치면적이 넓어져야 하는 단점을 근본적으로 가지고 있을뿐만 아니라 역세관을 통한 여과재의 세척 또한 여과재를 통과하는 유속의 한계로 인해 역세척 시간이 길어지고 세척효율이 낮아 여과재의 교환주기가 짧아 유지 관리가 어려우며 여과재의 재활용이 불가능하여 자원낭비 등의 여러가지 문제점을 가지고 있었다.
상기와 같이 모래 등 일반 여과재를 이용하여 처리를 실시할 경우 유입수가 여과재를 통과하는 여과선속도(LV)가 늦어 대상 하폐수를 처리하기 위해서는 여과탱크 크기가 커져야 되는 단점을 가지고 있고, 또한 모래 등 일반 여과재를 이용하여 처리를 할 경우 여과재 사이의 공극율로 인하여 처리효율이 낮아질 뿐 아니라, 기존 여과재의 세척효율이 낮아 역세효율이 저하되어 여재의 잦은 교체 및 역세수량이 많아 이의 재처리를 위한 전체 처리비용의 증가와 함께 여과재의 교환주기가 짧아 유지 관리가 어려우며 여과재의 재활용이 불가능하여 자원낭비 등의 여러 가지 문제점을 가지고 있었다.
이와 같은 문제점을 회피하기 위한 발명으로서 일본특허공보 제2672780호에는, 구형상을 가지는 섬유다발로 제조된 여과재에 관한 기술이 기재되어 있으며, 그 제조방법으로서 다수의 미세한 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유사를 한 방향으로 정리하는 단계, 상기 정열된 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유사에 일정거리를 두고 고정고리로 묶는 단계, 이와 같이 묶음 형성된 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유사를 고정고리를 중심으로 양방향으로 일정거리를 두고 절단하는 단계, 고정고리를 중심으로 절단된 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유사의 양측 끝부분을 펼쳐서 고정고리가 외부에서 보이지 않도록 형상을 구성하는 단계를 포함하는 제조방법이 알려져 있으나, 이와 같은 섬유다발 및 그 제조방법은 다량의 섬유다발을 제조하는 방법으로서 미흡할 뿐만 아니라 섬유다발 자체가 여재로서 최대의 성능을 나타낼 수 없다는 단점이 지적되어 왔다.
또한, 상기 섬유다발을 통상의 여과장치에 사용되는 여과탱크 내부에 주입하여 사용할 수 있도록 한 것으로서 여과재가 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유사를 원형상태로 제조함으로써 여과탱크 내에 필요로 하는 수량만큼 주입할 경우 여과재의 구조상 섬모가 서로 밀착 결합됨으로 상당수의 공백이 형성되며, 유입수를 주입하게 되면 주입되는 유입수의 압력에 따라 여과재의 형상이 변형되면서 공백이 축소되고, 이때 주입되는 유입수의 압력이 일정수치가 되면 더 이상의 여과재의 변형이 일어나지 않게 되므로 일정압력 이상의 주입압력부터는 여과재가 서로 얽혀 수로를 차단함에 따라 여과량과 여과속도가 변형되어 일정한 크기의 여과탱크를 가지는 여과장치에 있어서도 폐수의 성상 및 여과탱크의 용량과 여과압력의 조절수위를 결정하는 것에 문제가 발생하여 여과공정이 원활하게 진행될 수 없다는 문제점이 지적되어 왔다.
또한, 섬유볼 여과는 상기 섬유볼을 통상의 여과장치에 구성되는 여과탱크 내부에 주입하여 사용할 수 있도록 한 것으로서 여과재가 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유사를 원형상태로 구성하여 유입펌프의 수압에 의해 여과재가 별도의 장치 없이 수압에 의해 압축됨으로서 여과재의 구조상 섬모가 서로 밀착 결합되고, 이에 따라 압축된 여재사이를 대상수가 통과하면서 기존의 여과방법에 비하여 여과효율이 매우 우수한 특징을 가지고 있다. 일반 모래 등을 사용한 여과공정의 경우 여과재가 압축 등 변형이 일어나지 않아 여재사이의 공극율로 인해 처리효율이 나빠지는 경향이 있으며, 또한 여과가 지속될 경우 여재사이에 걸린 부유물로 인해 여과속도가 늦어지고 심할 경우 여과탱크 내 압력이 증가하여 여과공정이 원활하게 진행될 수 없다는 문제점이 지적되어 왔다.
나아가, 여과재의 기능을 최대한 높이기 위해서는 폐수의 전처리가 필수적임에도 불구하고 이에 대한 연구가 없었다는 문제점도 있어 왔으나, 이러한 종합 시스템을 갖춘 해결방안이 제시되지 못하고 있는 실정에 있다.
본 발명의 목적은 섬유볼 여과재를 사용하는 하폐수 여과장치에서 섬유볼 여과재의 얽힘 현상에 따라 원활한 여과가 진행되지 않는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
먼저, 하폐수의 전처리를 통하여 섬유볼이 서로 달라붙는 물질을 최대한 제거함으로써 섬유볼이 여과재로서의 기능을 최대화할 수 있는 기술을 도출하였으며, 섬유볼과 플라스틱볼을 함께 사용함으로써 섬유볼의 서로 얽힘을 방지하여 섬유볼이 하폐수의 유로를 차단하는 문제점을 해결하였으며, 여과탱크의 내부를 다단계로 구분하고 짝수 또는 홀수 층에 격층으로 여과재인 섬유볼과 플라스틱볼을 주입함으로써, 여과탱크 내에서 총질소를 포함한 오염원을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 총인 제거를 포함한 부유물질, BOD, COD, 유류 등을 포함한 오염원을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 오염원을 제거하기 위하여 필요한 역세척의 과정에서의 여과압력의 변화량을 효율적으로 조정할 수 있는 방법을 제공하는 한편, 여과재의 여과기능을 최대화 할 수 있는 폐수처리장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 하폐수의 여과장치로서.
(A) 여과탱크 유입 전에 자화기에 의해 유입수의 극성변화를 통해 약품주입시 약품농도를 기존보다 감소시킬 수 있고 처리효율을 더 향상시킬 수 있는 기능을 갖는 자화기, (B) 약품과 하폐수를 혼합하는 교반장치로서, 다수의 엘리먼트판을 내장하고 있는 라인믹서, (C) 약품과 하폐수의 반응이 잘 이루어지도록 하여 덩어리(floc)를 크게 형성하도록 하는 무동력 반응장치로서, 하폐수의 흐름을 접선방향으로 주입하여 장치의 외벽을 타고 나선형 흐름이 되도록 하는 접선유동믹스(TP믹스: Tangential Flow 믹스), 및 (D) 하폐수에 포함되어 있는 오염물질을 제거하는 장치로서, 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판 형태의 다단계 분리층이 장착되고, 분리층 사이에 섬유볼과 플라스틱볼이 혼합되어 충진된 여과탱크로 구성되고
상기 섬유볼과 플라스틱볼로 구성되는 여과재로 충진된 여과장치로서, 장시간 여과 사용시 발생되는 여과재의 공극 막힘을 해소하기 위한 송풍기와 여과탱크 내부수 또는 여과수를 하부로부터 공급하여 여과재의 공극사이의 오염물질을 탈리시키는 역세펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유볼 여재를 이용한 하폐수 고도처리시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 섬유볼과 플라스틱볼로 구성되는 여과재를 이용한 폐수처리장치는 섬유볼만을 사용할 경우 발생하는 여과대상 하폐수의 흐름을 차단하는 문제점 없이 하폐수 주입압력으로 여과량의 조절이 가능하여 여과장치의 구성을 소형화할 수 있어 설치비 및 관리비용을 대폭 절감할 수 있고, 역세작업 또한 효율적이므로 장기간 사용시에도 마모 및 변형이 없어 반영구적으로 사용이 가능하며, 유입수에 존재하는 부유물은 물론 BOD 및 COD 성분을 동시에 제거할 수 있으므로 수질정화 효율이 높을 뿐만 아니라 제조공정 또한 단순하여 하폐수 처리시설의 여과시설이나 고도처리(활성탄, 역삼투막 등) 시설의 전처리 여과시설로 사용될 수 있다.
또한, 섬유볼만을 여과재로 사용하는 것에 비해 플라스틱볼을 혼합하여 사용함으로써, 섬유볼 여과재의 사용량을 감소시킬 수 있으며, 섬유볼 여과재의 엉킴을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 폐수처리장치는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 기존의 폐수처리장치와 비교하여 처리효율이 높고, 여과속도가 빠르므로 동일 단면적에서도 여과수량이 많고, 역세시간이 짧으며, 역세시 동력의 소모가 적고, 특별한 경우를 제외하고는 여재의 보충이 불필요하며(반영구적), 기존 여과시설의 경우 사용된 여재는 폐기물 처리를 실시하여야 하지만 본 발명의 여과재는 세척 후 재사용이 가능하며, 설치면적이 작다.
도 1은 본 발명의 폐수처리장치 공정도
도 2는 섬유볼 제조 순서도
도 3은 섬유볼 여과재 및 플라스틱볼 여과재의 비교도
도 4는 플라스틱볼 여재 도면
도 5는 섬유볼을 장착한 여과망이 없는 여과탱크의 측면도
도 6은 섬유볼을 장착한 여과망으로 구획된 여과탱크의 측면도
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명은 일 관점에서,
(A) 유입수를 자화기에 통과시키면 자화기에 부착된 자석(자력)에 의해 수중에 미세한 전류가 발생하며, 이 미세전류의 작용에 의해 물분자 간의 수소결합이 일부 파괴되어 물분자의 구조를 변형시켜 물의 표면장력을 낮추고 침전성을 촉진시키는 역할을 하며, 또한 자화처리된 물을 이용하여 약품 응집을 실시할 경우 사용되는 것을 특징으로 하는 자화기, (B) 약품과 하폐수를 혼합하는 교반장치로서, 다수의 엘리먼트판을 내장하고 있는 라인믹서(200), (C) 약품과 하폐수의 반응이 잘 이루어지도록 하여 덩어리(floc)를 크게 형성하도록 하는 무동력 반응장치로서, 하폐수의 흐름을 접선방향으로 주입하여 장치의 외벽을 타고 나선형 흐름이 되도록 하는 접선유동믹서(300), 및 (D) 하폐수에 포함되어 있는 오염물질을 제거하는 장치로서, 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태의 다단계 분리층이 장착되고, 분리층 사이에 섬유볼과 플라스틱볼이 혼합되어 충진된 여과탱크(400)로 구성되고
상기 섬유볼과 플라스틱볼로 구성되는 여과재로 충진된 여과탱크(400)로서 장시간 여과 사용시 발생되는 여과재의 공극 막힘을 해소하기 위한 송풍기(410)와 여과탱크 내부수 또는 여과수를 하부로 공급하여 여과재의 공극사이의 오염물질을 탈리시키는 역세펌프(420)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유볼 여재를 이용한 하폐수 고도처리시스템에 관한 것이다.
본 발명의 폐수처리장치의 각 구성장치는 여과재의 얽힘을 방지하여 여과재의 기능을 최대화하기 위한 구성을 갖추는 것으로서 폐수의 유량, 여과탱크 및 폐수처리 압력 조건에 따라 다양한 설계변경이 가능한 것이나, 본원 발명에서는 하폐수의 전처리 장치, 섬유볼 제조방법, 플라스틱볼과 섬유볼을 함께 사용하는 방법, 여과탱크내 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태의 다단계 분리층으로 구성되는 장치를 도출한 것이다.
본 발명의 폐수처리장치를 도면을 참고하여 다음과 같이 구체적으로 기재한다.
본 발명은 여과재의 얽힘을 방지하기 위한 하폐수 전처리 장치를 제공한다.
본 발명의 도 1의 자화기(100)는 섬유볼 여재가 가장 취약할 수 있는 금속조각 등을 사전에 제거하는 장치로서 또한 하폐수의 물성 변화를 통한 약품의 응집효율 향상과 여과기 내부 미생물 번식 등에 의한 여과재의 막힘을 방지하기 위한 장치이다.
이와 같이 자화기는 자석을 사용하여 금속조각 등 섬유볼 여재의 성능을 회손 할 수 있는 성분을 사전에 제거하는 기능 외에도 하폐수를 효과적으로 교반하는 기능을 수행하기도 한다.
유입수를 통과시키면 자화기에 부착된 자석(자력)에 의해 수중에 미세한 전류가 발생하며, 이 미세전류의 작용에 의해 물분자 간의 수소결합이 일부 파괴되어 물분자의 구조를 변형시켜 물의 표면장력을 낮추고 침전성을 촉진시키는 역할을 하며, 또한 자화처리된 물을 이용하여 약품 응집을 실시할 경우 사용되는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 하폐수 처리시 화학응집 처리시 효과적인 응집효과를 이루기 위해서는 무엇보다도 중요한 것은 콜로이드 성분과 사용약품의 원활한 접촉을 위한 반응조를 통한 교반이 행해져야 한다. 일반적으로 사용되고 있는 교반방법은 기계식 교반이 있다. 그러나, 기계식 교반은 많은 기계설비 및 전기적 장치를 필요로 하며, 또 이에 따른 전력비 등의 운영비가 많이 소요될 뿐만 아니라 기계적인 소음도 유발하고 있다. 따라서 기존의 응집처리시설에서의 문제점인 반응탱크 등에 의한 설치부지 및 초기 투자비 과다, 동력비 및 운전경비 상승으로 인한 처리비용 부담을 줄이기 위한 방법으로 본 발명에서는 자화기와 라인믹스 및 접선유동믹스를 도입하여 이와 같은 종래 폐수처리 시설이 가지고 있던 문제점을 해결하였다.
본 발명의 라인믹서(200)는 약품과 하폐수의 반응을 위하여 사용하며 다수의 엘리먼트판을 내장한 라인스테틱믹스(Line Static Mixer)를 포함하고, 라인스테틱믹스(Line Static Mixer)는 배관내에 고정되어 있는 좌우 방향의 엘리먼트를 유체가 통과하면서 혼합되는 교반장치로서 배관내에 180℃로 비틀어진 좌우 방향의 엘리먼트가 각각 90℃로 연결되어 있다. 라인믹스 장치를 통과하면서 유체는 각 엘리먼트를 통과할 때 양분되며, 분할 수는 엘리먼트 수에 따라 기하급수적으로 증가한다. 따라서, 하폐수의 흐름방향이 관의 내측면에서 관의 중심부로 관의 중심부에서 관의 내측면으로 연속적으로 이동하면서 균일한 성상의 하폐수 성상을 만들어 섬유볼이 장착된 여과탱크 내에서 응집이 일어나지 않으며, 섬유볼 여재의 각각에 균일하게 여과될 수 있는 분위기를 조성하게 된다.
본 발명에 사용되는 엘리먼트 형태의 라인믹서는 타 믹서와는 달리 곡선형으로 유체의 흐름에 대한 저항을 최소화시키면서 하폐수 액체와 액체상태의 약품, 기체의 혼합에도 적용이 될 수 있으며, 운전 중 소음, 진동 또는 누출이 없으며, 동력형 교반기에 비하여 고장이 적다.
또한, 제작 가능한 재질의 다양성으로 어떠한 유체도 혼합이 가능하며, 공정의 단축, 단순, 연소화 등이 가능하여 공정관리가 용이하고, 생산원가 절감, 에너지 절약 등의 효과를 거둘 수 있다.
본 발명의 접선유동믹스(300)는 하폐수의 흐름을 접선 (Tangential) 방향으로 주입하여 장치의 외벽을 타고 나선형 흐름이 되도록 설계하여 약품과 하폐수의 반응이 잘 이루어지도록 하여 덩어리(Floc)을 크게 형성하도록 하는 무동력 반응장치이다.
본 발명의 여과탱크(400)는 하폐수에 포함되어 있는 오염물질을 제거하는 장치로서, 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태의 다단계 분리층이 장착되고, 다단계 분리층의 짝수층 또는 홀수층에 섬유볼과 플라스틱볼이 혼합되어 충진된 구성이고, 상기 섬유볼과 플라스틱볼로 구성되는 여과재로 충진된 여과탱크(400)는 장시간 여과 사용시 발생되는 여과재의 공극 막힘을 해소하기 위한 송풍기(410)와 여과탱크 내부수 또는 여과수를 하부로 공급하여 여과재의 공극사이의 오염물질을 탈리시키는 역세펌프(420)를 추가로 포함한다.
상기 여과탱크에 충진되는 섬유볼은 미세 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유다발을 인장 및 인장해제의 스트레스 과정을 통하여 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유다발에 탄성을 부여한 후 알루미늄 재질의 고정고리를 사용하여 묶은 다음 각 고정고리의 사이를 절단한 후, 고정고리를 중심으로 정리한 후 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유다발이 축소하여 뭉침으로써 외부에서 보기에 곱슬곱슬한 테니스볼과 같은 형상의 섬유볼 여재가 제조할 수 있다.
본 발명의 하나의 특징은 섬유볼만을 사용할 때 섬유볼이 얽혀 하폐수 및 역세수의 흐름을 차단하여 수압의 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위해 플라스틱볼 을 사용하는 것이다.
여과탱크에 충진되는 플라스틱볼은 도 4에 도시된 바와 같이 볼형(500), 원통형(600) 또는 모래시계형으로서 내부에 공극을 가지고 표면의 일부분에서 반대방향으로 관통되게 관로(501, 601)를 갖는 구멍이 뚫려 있으며, 구멍을 연결하는 관로는 직선의 관로(502, 602)가 가능하며 노즐형의 중앙 축소형의 관로(503)도 가능하다. 그리고 플라스틱볼의 중앙에는 중앙홀(504)을 형성하여 여과중에 오염물질의 저장고로서 기능을 가질 수 있으며, 역세척할 때 중앙홀 또는 관로에 흡착된 오염물질이 세척된다.
또한, 도 4에는 도시되어 있지 않으나, 플라스틱볼의 표면에는 돌출형 미세돌기나 오목형의 미세홈을 성형하는 것이 바람직하며, 상기와 같은 관로는 오염수나 세척수의 통로가 될 뿐만 아니라 오염물질의 회수장소로서 기능을 할 수 있으며, 플라스틱볼의 표면에 형성된 미세돌기나 미세홈도 오염물질의 회수장소로서 기능을 할 수 있다.
플라스틱볼은 PP(Poly Propylene), PE(Poly Ethylene), HDPE(High Density Poly Ethylene), LDPE(Low Density Poly Ethylene), PVC(Poly Viynyl Chloride), PC(Poly Carbonate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 중 선택되는 재질의 플라스틱볼을 제조할 수 있다.
상기와 같이 제조된 플라스틱볼은 섬유볼을 기준으로 60~80%의 직경크기로, 상대적으로 큰 섬유볼 사이사이에 들어가 섬유볼끼리의 엉킴을 방지할 수 있으며, 여과탱크에 충진되는 플라스틱볼과 섬유볼의 혼합비는 1:9~1:4로, 여과재의 많은 부분을 섬유볼이 차지한다. 또한 플라스틱볼의 비중은 섬유볼을 기준으로 0.8~0.9의 비중이 바람직하다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 여과재는 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태의 다단계 분리층이 장착된 여과탱크 내에 짝수층 또는 홀수층의 각 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태의 분리층의 층간에 충진되며, 여과탱크에 오수가 투입되면서 그 압력에 따라 오염물질을 흡착 분리하게 된다.
본 발명의 섬유볼과 플라스틱볼로 구성되는 여과재를 충전한 여과탱크의 여과 시스템은 여과재의 초기 충전, 통수 운전, 역세공정, 역세 후 여재정렬의 공정에 따라 하폐수 정화처리를 행하게 된다.
초기충전에서 섬유볼과 플라스틱볼 여재를 일정한 크기의 원형상태로 제조하게 되는데 바람직하게는 직경 4cm 크기의 솜방울 형태의 섬유볼과 상기 규격의 플라스틱볼을 제조함으로써 다양한 규격의 하폐수 처리시스템에 최고의 여과효과를 거둘 수 있다.
여과재가 충전된 여과탱크는 여과탱크 가동시 탱크내 작용하는 압력과 유입펌프의 수압에 의하여 여과재를 압축하게 된다. 여과시 처리 하폐수는 압력에 의해 압축된 여과재의 사이로 흘러 여과를 실시하며, 역세시 드레인(Drain) 과정을 통해 탱크 내 압력을 대기압 상태로 한 후 탱크하부로부터 압력탱크에서 압축된 공기(Air)와 청수를 이용하여 여과재에 부착된 오염물질을 제거하게 된다.
본 발명의 여과재를 이용한 폐수처리장치의 또 하나의 특징은 여과탱크의 몸체내에 섬유볼 및 플라스틱여재가 충진되는 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태의 여과 분리망을 설치하는 것이다. 바람직하게는 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태를 가지는 여과망을 복수개 설치하고 각 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태의 여과망의 짝수번째 또는 홀수번째의 여과망의 위치에 여과재를 충전함으로써, 하폐수의 필터링에 따른 오염물질의 응집현상에 의하여 여과재가 응집 고착화하여 필터의 기능을 상실하는 현상을 방지할 수 있으며, 아울러 섬유볼과 플라스틱볼이 혼합된 여과재의 충전 갯수를 최소화 할 수 있어 경제적인 시스템 운영이 가능하다.
본원 발명의 여과재를 이용한 폐수처리장치에서 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태의 여과 분리망은 여과탱크의 크기, 하폐수 종류, 여과 처리시간의 요구정도에 따라 다양하게 설정할 수 있으나, 여과재의 여과능력을 감안할 때 20 ~ 30 cm 간격으로 설치하는 것이 바람직하다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니라는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
본 발명의 폐수처리장치는 자화기, 라인믹서, 접선유동믹스 및 여과탱크로 구성되며, 본 발명의 폐수처리장치의 성능을 같은 용량의 모래 여과기와 비교하고, 동일한 장치 내 플라스틱볼 여과재 및 섬유볼을 1:5의 비율로 충진한 경우를 비교하였다.
본원 발명의 섬유볼 여재를 충전한 여과탱크는 스테인레스스틸제의 여과탱크를 사용하고 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형 여재 거름막을 4단 설치하고 위에서부터 1단의 상부, 2단과 3단의 사이, 4단의 하부에 여과재를 하폐수 주입전 겉보기 부피비로 각각의 분리층 높이간격의 60%를 충전하는 것이 바람직하고,
스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형 여재 거름막을 2단 설치하고 위에서부터 1단의 상부, 2단의 하부에 여과재를 하폐수 주입전 겉보기 부피비로 각각의 분리층 높이간격의 60%를 충전하는 것이 가장 바람직하다.
본원 발명의 섬유볼 여재를 이용한 폐수처리 종합시스템과 동일한 용량의 모래여과기에 본원 발명의 처리대상 폐수와 동일한 폐수를 사용하여 처리한 결과 성능비교는 아래 표 1과 같다.
항목
 섬유볼 여과기 모래여과기
입력식 Filter 상향류식 Filter
ss 제거효율 90% 이상 90% 이하 90% 이하
여과선속도[㎥/㎡/HR] 30~50 8~15 6~12
역세시간 [분/회] 2~5 10~15 24시간 연속
역세선속도[㎥/㎡/HR] 30~50 10~20 -
역세수량[%] 5 이하 10 이하 10 이하
여과압력 [kg/㎠] 2.0 이하 3 이상 3이하
역세압력 [kg/㎠] 2,0 이하 3 이상 3이상
여재재질 P.E(P.P) 섬유볼 +
P.E 플라스틱볼		 모래 모래
여과방법 하향류식
(심층여과)		 하향류식
(표면여과)		 상향류식
(표면여과)
여재교체 없음
(년1회 10%보충)		 년1회 이상교체
(M.F는 월1회 이상)		 년10% 보충
이상 성능비교표에서 알 수 있는 바와 같이 섬유볼 여과기는 모래여과기와 비교하여 SS제거효율이 뛰어나고, 여과선속도가 종래 모래여과기에 비하여 3~4배 빠르며, 역세시간 및 역세선속도는 1/5~1/3 정도로 짧고, 역세수량은 1/2 수준이며, 여과압력 및 역세압력은 30%이상 낮은 점 등 여과 성능 대부분에 있어서 본원 발명에 의한 섬유볼 여과기가 종래의 모래 여과기에 비하여 우수한 성능을 나타내고 있다.
(100) 자화기 (200) 라인믹스
(300) 접선유동믹스 (400) 여과탱크
(410) 송풍기 (420) 역세펌프
(500)(600) 플라스틱볼 (501)(601) 관통로 입구 또는 출구
(502)(602) 직선형 관로 (503) 노즐형(모래시계형) 관로
(504) 중앙홀

Claims (4)

  1. 섬유볼 및 플라스틱볼을 여재로 사용하는 하폐수 처리장치로서,
    (A) 유입수를 자화기에 통과시키면 자화기에 부착된 자석(자력)에 의해 수중에 미세한 전류가 발생하며, 이 미세전류의 작용에 의해 물분자 간의 수소결합이 일부 파괴되어 물분자의 구조를 변형시켜 물의 표면장력을 낮추고 침전성을 촉진시키는 역할을 하며, 또한 자화처리된 물을 이용하여 약품 응집을 실시할 경우 사용되는 것을 특징으로 하는 자화기,
    (B) 약품과 하폐수를 혼합하는 교반장치로서, 다수의 엘리먼트판을 내장하고 있는 라인믹서(200),
    (C) 약품과 하폐수의 반응이 잘 이루어 지도록 하여 덩어리(floc)를 크게 형성하도록 하는 무동력 반응장치로서, 하폐수의 흐름을 접선방향으로 주입하여 장치의 외벽을 타고 나선형 흐름이 되도록 하는 접선유동믹스(300), 및
    (D) 하폐수에 포함되어 있는 오염물질을 제거하는 장치로서, 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형태의 다단계 분리층이 장착되고, 짝수 또는 홀수번째 분리층 사이에 미세 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유다발을 인장 및 인장해제의 스트레스 과정을 통하여 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유다발에 탄성을 부여한 후, 알루미늄 재질의 고정고리를 사용하여 묶고, 각 고정고리의 사이를 절단한 후, 상온에서 요동판넬을 통과함으로써 고정고리를 중심으로 폴리에스테르 및 폴리프로필렌 섬유다발이 축소하여 뭉침으로써 외부에서 보기에 곱슬곱슬한 테니스볼과 같은 형상의 플라스틱소재의 섬유볼과 플라스틱볼이 혼합되어 충진된 여과탱크(400)로 구성되고
    상기 섬유볼의 직경에 비해 플라스틱볼의 직경은 60 ~ 80%이고, 섬유볼에 비해 플라스틱볼의 비중은 0.8 ~ 0.9이며, 플라스틱볼의 내부공간의 비중은 플라스틱볼 전체부피의 10 ~ 90%이며, 플라스틱볼과 섬유볼의 혼합비율은 1:9 ~ 1:4인 것을 특징으로 하는 섬유볼 여재를 이용한 하폐수 고도처리시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    여과탱크(400)에 충진되는 플라스틱볼은 하폐수에 포함되어 있는 오염물질을 제거하기 위하여 원통형 또는 노즐형 또는 모래시계형의 관로와 중앙에 중앙홀을 갖고, PP(Poly Propylene), PE(Poly Ethylene), HDPE(High Density Poly Ethylene), LDPE(Low Density Poly Ethylene), PVC(Poly Viynyl Chloride), PC(Poly Carbonate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 중 선택되는 재질의 플라스틱볼인 것을 특징으로 하는 섬유볼 여재를 이용한 하폐수 고도처리시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    여과탱크(400)에 스트레이너 부착형 또는 8mm 다공판형 여재 거름막을 2단 설치하고 위에서부터 1단의 상부, 2단의 하부에 여과재를 하폐수 주입전 겉보기 부피비로 각각의 분리층 높이간격의 60%를 충전하는 것을 특징으로 하는 섬유볼 여재를 이용한 하폐수 고도처리시스템.
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