KR101491841B1 - 다단여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계곡수, 지하수, 호소수등의 원수를 여과하기 위하여 개발된 하이드로 클리닝 다단여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하우징 내부의 구비되며 유입되는 원수를 여과하는 필터수단을 복수개의 주름필터를 상호 연결하여 순차 배열하여 단계적으로 여과하여 여과성능을 향상시키고, 역세수단을 이용하여 필터수단의 수명을 연장시키는 하이드로 클리닝 다단여과장치와, 상기 다단여과장치를 이용하여 원수를 단계별로 여과하는 여과방법에 관한 것이다.

Description

다단여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법{FILTER DEVICE AND WATER FILTERING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 계곡수, 지하수, 호소수등의 원수를 여과하기 위하여 개발된 하이드로 클리닝 다단여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하우징 내부의 구비되며 유입되는 원수를 여과하는 필터수단을 복수개의 주름필터를 상호 연결하여 순차 배열하여 단계적으로 여과하여 여과성능을 향상시키고, 역세수단을 이용하여 필터수단의 수명을 연장시키는 하이드로 클리닝 다단여과장치와, 상기 다단여과장치를 이용하여 원수를 단계별로 여과하는 여과방법에 관한 것이다.
일반적으로 계곡수, 지하수, 호소수, 상수도등의 원수에는 다양한 부유물질이 생성되고, 이러한 부유물질을 여과하기 위하여 여과수단을 투입하거나, 여과장치를 설치하여 원수에 생성되는 부유물질을 제거하고 있다.
이러한 여과수단이나 여과장치를 이용하여 원수에 포함되어 있는 부유물질을 제거하는 종래기술로는 등록특허 제10-1150675호『역세기능을 구비한 상수 여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법』이 있다.
상기 종래기술은 여과과정에서 섬유여과재에 흡착된 부유물을 제거하는 역세과정을 순차적으로 반복하도록 하되 작은 동력으로작은 부피의 여과조를 통해서 신속하면서도 효율이 높은 여과와 역세가 이루어질 수 있도록 하는 역세기능을구비한 상수 여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법에 관한 것이다.
즉 본 발명은 원통의 밀폐형 여과탱크의 상단 면에 공기배출구와 상부 한 부분에 상수를 공급하는 유입구와 하단 면에 여과수를 배출하는 배출구를 각각 구비하는 밀폐형 여과탱크를 포함하며 상기 유입구와 연통하는 메인관과 메인관과 연통 된 다수의 분배관으로 구성되는 스프레이관을, 여과탱크 상측 내부에 구성하되 메인관과 분배관의 측면으로 다수의 연통구를 구비하고, 여과탱크 하측 내부에 다수의 개방홀과 다수의 여과기를 구비한 여과판을 구성하여, 섬유여과재가 유지되는 여과공간 중심부에 여과탱크의 안지름과 동일한 외경을 유지하며, 다수의 개방홀을 구비한 분리판을 구성하여 상단여과공간과 하단여과공간으로 구분되는 복수의 여과공간을 형성하되, 상기 상단여과공간의 전체공간에 섬유여과재의 충진비율을 30부피%로 하고 하단여과공간의 전체공간에 섬유여과재의 충진비율을 70부피%로 충진하며, 상기 배출구의 상단부에 다수의 연통공을 형성한 완충판을 연결판으로 여과탱크에 고정시켜 구성한 완충기를 구성한 밀폐형 여과조의 공기배출구 외부로 공기배출밸브를 구비한 공기배출관을 구성하고, 상기 유입구 외부에 유입관과 역세배출관 및 세척유입관을 각각 유입구와 연통하도록 구성하되, 유입관에 유입밸브를 역세배출관에 역세배출밸브를 세척유입관에 세척유입밸브를 구비하고, 상기 배출구의 외부에 배출관과 역세유입관 및 세척배출관을 각각 배출구와 연통하도록 구성하되, 배출관에 배출밸브를 역세유입관에 역세유입밸브를 세척배출관에 세척배출밸브를 각각 구비하고 역세유입관에 공기유입밸브를 구비한 공기유입관이 연통하도록 구성한 것을 특징으로 하는 역세기능을 구비한 상수 여과장치를 제시하고 있다.
그러나 상기 종래기술은 2단계의 여과수단을 구비하여 원수를 여과하고 있으나, 입자의 크기에 따라 여과하는 방식이 아니라 섬유여과제를 투입하여 원수내에 포함되어 있는 부유물질들이 섬유여과제에 흡착하여 여과하는 방식으로, 첨가제를 사용하여 화학적인 방법으로 여과를 함으로써 재사용할 경우에 첨가제를 추가로 투입해야하는 문제점이 있다.
또한 여과장치에 관한 종래기술로써 등록특허 제10-0803713호 『간이 상수도 여과장치』가 있는데,
상기 종래기술은 내부를 구획하는 제1,2격벽에 의해 제1,2,3여과공간이 형성되고, 상기 제1,2,3여과공간에 각각 제1,2,3여과재가 상기 제1,2,3여과공간의 저면으로부터 일정거리 이격되게 적층되는 여과조와 상기 여과조의 제1여과공간의 측벽 상부에 형성된 제1원수유입구를 통해 원수를 제1여과공간에 공급하는 제1원수공급관과 상기 제1여과재에 의해 1차여과되어 상기 제1여과공간의 저부에 저수된 1차 여과된 원수를 상기 제2여과공간의 상부로 수위차에 의해 공급하도록, 상기 제1격벽에 상기 제1원수유입구보다 낮은 위치에 형성된 제2원수유입구를 통해 상기 1차 여과된 원수를 상기 제2여과공간으로 공급하는 제2원수공급관과 상기 제2여과재에 의해 2차여과되어 상기 제2여과공간의 저부에 저수된 2차 여과된 원수를 상기 제3여과공간의 상부로 수위차에 의해 공급하도록, 상기 제2격벽에 상기 제2원수유입구보다 낮은 위치에 형성된 제3원수유입구를 통해 상기 2차 여과된 원수를 상기 제3여과공간으로 공급하는 제3원수공급관과 상기 제3여과공간의 측벽 하부에 형성된 배수구에 연결되어 상기 제3여과재에 의해 3차 여과된 원수를 배수하는 배수관을 포함하여 이루어진다.
본 발명은 공급된 원수가 여과조내에 구획되어 마련된 다수의 여과재에 각각 하향으로 이동되면서 여과되기 때문에, 원수에 포함된 이물질이 다수의 여과재 상부에 적층되어 육안으로 확인할 수 있으며, 이로 인해 적시에 여과재 상부에 적층된 이물질을 제거할 수 있는 효과가 있다. 또한, 여과재의 세척 및 여과재의 상부에 적층된 이물질을 제거하기 위해 역세척수를 다수의 여과재에 동일방향인 상향으로 이동시키고, 여과재의 세척과정 및 이물질의 제거과정을 육안으로 확인할 수가 있기 때문에, 역세척작업에 불편함이 없고, 이물질의 제거율 및 여과재의 세척율이 높아지는 효과가 있는 간이 상수도 여과장치를 제시하고 있다.
또한 종래기술로써 특허공개 제10-2008-0004142호 『초기 우수처리시설 및 상수도용 간이급속여과장치』가 있는데,
상기 종래기술은 도로나 장대교량, 고가교량, 도심지 공용주차장, 공원주차장 우수시 오염된 물이 그대로 강이나 하천으로 흘러내려 가는 것을 방지하기 본 초기 우수시설은 우수(원수)관을 통하여 물이 침전기로 들어가 여과기 내부로 1차 스크린을 통과한 물이 왕자갈(게르마늄석 20~50mm 정도의 크기)에서 여과하고 이물질, 토사, 쓰레기등 제거된 물이 2차 스크린을 통과하여 소자갈(게르마늄석 15~20mm 정도의 크기) 로 여과 처리되며 폐수슬러지는 폐수슬러지관을 통하여 외부로 빠져나가고 여과된 물은 1차 여과기에서 여과관을 통해 2차 여과기 내부로 들어가게 되고, 1차 여과기에서 여과기 내부에 물이 넘칠 때는 오버드레인관을 통하여 2차 여과기로 들어가 여과된다.
청소를 하고 난 다음에는 원래의 상태로 역세밸브를 잠그고 침전밸브를 열어주고 오버드레인 밸브를 잠그고 여과밸브를 열어주면 원래의 상태로 돌아가 여과 처리되어 정수된 물이 나가게 되고, 초기우수처리시설 시스템에서도 교량이나 공원, 공용주차장, 고가도로교량 등이 우수시 물이 그대로 강이나 하천으로 흘러내려가 환경오염을 시킬 뿐만 아니라 생태계마저도 위협을 받고 있습니다. 간이급속여과시설에서도 계곡물이나 용천수에서 흘러내려 오는 물을 여과하지 않고 그대로 배수탱크로 흘러들어오는 것을 주민들에게 생활용수로 공급하는 것은 음용수로 부적절할 뿐만 아니라 시간이 지날수록 무분별한 지하수 개발로 지하수가 고갈되는 것을 막기 위한 시설로써 상수도용 간이급속여과시설이 필요한 실정이다.
상기목적을 우수관(원수)과 우수관 밸브(원수)가 형성되어 있으며 침전기에서 우수(원수)가 여과필터에서 모래 먼지 이물질 등이 침전되어 침전된 물이 거름망을 통하여 1차 여과기로 들어가게 되고, 1차 여과기 상단부로 들어온 물이 1차 스크린 을 통과 왕자갈 (게르마늄석 20~50mm 정도의 크기)에서 여과되어 2차 스크린을 통과 소자갈 (게르마늄석 15~20mm정도의 크기)(17)에서 여과 처리되고 여과관을 통하여 굵은 모래(입상 활성탄 3~5mm정도의 크기)에서 여과되어 5차 스크린 통과 모래(바이오사 2~4mm정도의 크기)에서 여과 처리되어 6차 스크린에서 정수관을 통과하여 정수된 물로 나오게 된다. 여과기는 원형으로 제작되며 평상시는 폐수슬러지 밸브만 열어주면 여과사리나 여과사에 묻어있는 찌꺼기나 이물질 먼지 등이 외부로 빠져나가게 되고, 본 여과기가 막혀 물이 나오지 않고 오버드레인관으로 물이 전부 넘어갈 때는 제1여과기 뚜껑을 열고 역세척관에다 자바라호스(비닐호스)를 연결하여 제1차 여과기속으로 호스를 넣는다. 침전밸브를 잠그고 역세밸브를 열어주고 여과관밸브잠그고 오버드레인관 밸브를 잠그어주고 1차 폐수슬러지관밸브열어주게되면 여과사리나 여과사에 묻어있는 찌꺼기나 이물질 먼지 등이 1차 폐수 슬러지관을 통하여 외부로 빠져나가게 되면서 자동으로 여과기 내부 청소가 된다.
여과기 상단부에서는 사람이 호스에 나오는 물로 1차스크린 내부를 청소하여주면 여과기내부는 깨끗하게 할 수 있으며 맑고 깨끗한 물을 공급할 수 있도록 설치 한 것을 특징으로 하는 초기 우수처리시설 및 상수도용 간이급속여과장치를 제시하고 있다.
그러나 상기 두 종래기술은 자갈, 모래등을 여과재로서 각 여과재들 사이의 공극률을 원수가 통과함으로써 여과하는 방법이나, 원수가 각 여과재들 사이를 통과할 경우 여과재의 내부에 생기는 공극 사이에 부유물질이 차지하게 됨으로써 재사용을 할 경우에 여과율이 떨어지고, 또한 공극 사이에 생긴 원수의 부유물질로 인하여 원수의 흐름이 원활하지 않는 문제점이 있다.
또한 다른 종래기술로는 등록특허 제10-0557985호 『오폐수 및 하수 여과장치』가 있는데,
상기 종래기술은 소정의 수용공간을 갖으며, 일측에는 원수 유입관이 형성되고, 그 상부에 개폐 가능하게 상부 덮개가 설치된 하부 케이스와 상기 하부케이스의 내부에 경사지게 설치된 컨베이어 벨트 형태의 회전식 여과필터와 상기 회전식 여과필터의 양단과 중단을 지지하는 다수의 롤러와 구동롤러를 회전시키는 필터 구동모터와 압축장치 구동모터에 의해 회전되어 상기 회전식 여과필터의 구동에 의해 여과수가 배출된 상태로 이송된 부유물질을 압축시키는 압축스크류를 포함하여 구성되고,
상기 하부케이스의 원수 유입관이 형성된 부분의 내측에는 원수 유입관을 통해 유입되는 오폐수 또는 하수의 유속을 완화시키기 위한 유속완화판이 원수 유입관과 수직을 이루도록 설치되어 있으며, 케이스의 상부면의 일부에는 그 내부와 연통되게 악취배출관이 더 설치되며, 상기 회전식 여과필터는 망체 형상의 여과망의 길이 방향의 양 가장자리에 유연한 여과망을 지지하는 망 안내벨트와 기어치가 형성된 타이밍 벨트를 설치하여 구성되데, 상기 망 안내벨트는 외부를 향한 면의 가장자리에 설치되고, 상기 타이밍 벨트는 내부를 향한 면의 가장자리에 각각 설치되어 구성되며, 상기 구동롤러는 필터 구동모터의 구동축에 연결된 회전축의 양단에는 상기 타이밍 벨트에 형성된 기어치에 치합되는 기어치가 형성된 타이밍 풀리를 각각 설치되고, 그 내측에는 여과망을 지지하는 하나 이상의 여과망 안내롤러를 설치하여 구성됨을 특징으로 한다. 또한 상기 회전식 여과필터는 경사지게 형성된 경사부와 상기 경사부의 상단에 수평으로 형성된 수평부로 이루어지고, 상기 경사부의 하단에는 하부케이스의 내벽에 설치된 필터하단 지지대와 면접되도록 설치되고, 상기 경사부와 수평부가 이어지는 부분의 일측에는 장력조절 롤러가 더 설치되어 여과필터가 충분한 장력을 유지할 수 있도록 구성되었으며, 수평부의 하부에는 여과망을 세척하기 위한 필터 세척 수단이 더 설치됨을 특징으로 하는 오폐수 및 하수 여과 장치를 제시하고 있다.
그러나 상기 종래기술은 하나의 여과필터를 이용하여 원수의 부유물질을 제거하는 방법으로써, 모든 입자를 동시에 제거하기에는 다소 어려움이 있고, 필터에 막힘 시간이 단축되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서, 하이드로 클리닝 다단여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법에 있어서,
단일의 필터를 이용하여 여과하는 방법보다 복수개의 주름필터를 상호 연결하여 순차 배열함으로써 원수의 여과 효율성을 높이고,
또한 각각의 주름필터에 역세수단을 이용하여 상기 각 주름필터 외부에 흡착된 입자들을 세척함으로써 주름필터의 막힘 시간을 증가시키고,
역세수단에 역류방지 체크밸브를 구성하여 주름필터 내부의 여과수가 역류되지 않도록 하고,
또한 하우징의 본체와 커버에는 각각 접촉부와 대응접촉부를 형성하고,
상기 접촉부와 대응접촉부에는 쿠션테이프를 이용한 패킹스트립을 구비하고, 상기 패킹스트립 사이에 합성수지액으로 형성되는 패킹층을 포함하여 기존의 일반 패킹에 의한 방수기능에서 더욱 효과적으로 방수기능을 수행하고, 더욱이 방습, 방진과 같은 기능을 향상키고,
상기 패킹층을 실리콘액 또는 포밍액으로 구성하여 사용자가 쉽고 간편하게 제작할 수 있고, 동시에 패킹층을 형성함으로써 쿠션이 생겨 외부 충격에도 견딜 수 있어 방수기능과 동시에 강한 내구성을 지니고,
상기 하우징에 자동제어수단과 수동제어수단으로 구성하여 상기 자동제어수단의 고장이나 작동정지등으로 인한 위급상황 발생시 수동제어수단을 통하여 필터수단 및 역세수단의 일부 또는 모두를 제어하여 자연환경의 영향을 최소화 하는 하이드로 클리닝 다단여과장치와,
주름필터를 제1 내지 제3 주름필터로 구성되어 제1 주름필터를 통하여 여과된 여과수가 배출되는 1단계와
상기 1단계에서 여과된 여과수가 제2 주름필터를 통하여 여과되는 2단계와 상기 2단계에서 여과된 여과수가 제3 주름필터를 통하여 여과되는 3단계로 구성하여 여과기의 부하를 분산시켜 여과기의 막힘 시간을 지연시키며,
상기 1단계는 50㎛이상의 부유물질을 여과하고, 상기 2단계는 30㎛이상의 부유물질을 여과하고, 상기 3단계에서는 10㎛이상의 부유물질을 여과하여 단계적으로 원수에 포함되어 있는 모든 입자를 제거할 수 있고,
상기 각 주름필터를 역세척하는 역세단계를 더 포함하여 사용수명을 증대시키고, 여과수의 흐름을 원활하게 하며 여과의 효율성을 높이는 하이드로 클리닝 다단여과장치를 이용한 수질 여과방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이드로 클리닝 다단여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법은
본체와 상기 본체와 결합하는 커버로 이루어진 하우징
상기 하우징 내부에 구비되며, 유입되는 원수를 여과하는 필터수단
상기 필터수단에 구비되고, 필터수단을 세척하는 역세수단으로 이루어지되
상기 필터수단은 복수개의 주름필터가 상호 연결되어 순차 배열되어 이루어져 있는 것을 특징으로 하고,
하이드로 클리닝 다단여과장치를 이용한 수질 여과방법은
본체와 상기 본체와 결합하는 커버로 이루어진 하우징
상기 하우징 내부에 구비되며, 유입되는 원수를 여과하는 필터수단
상기 필터수단에 구비되고, 필터수단을 세척하는 역세수단으로 이루어지되,
상기 필터수단은 복수개의 주름필터가 상호 연결되어 순차 배열되고,
상기 주름필터는 제 1 내지 제 3 주름필터로 구성되고, 상기 제1 내지 제3 주름필터로 구성되는 하이드로 클리닝 다단여과장치에 있어서,
유입수가 제1 주름필터로 투입되어 제 1 주름필터 외부에서 수위가 차면서 밀폐된 필터 팩의 내부 압력에 의해 유입수가 필터 내부로 여과되어 배출되는 1단계
상기 1단계에서 배출된 유입수가 제 2 주름필터로 투입되어 상기 1단계와 동일하게 여과되어 배출되는 2단계
상기 2단계에서 배출된 유입수가 제 3 주름필터로 투입되어 상기 1단계 또는 2단계와 동일하게 여과되어 배출되는 3단계로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 하이드로 클리닝 다단여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법은
복수개의 주름필터를 상호 연결하여 순차 배열함으로써 원수의 여과 효율을 높일 수 있고,
각각의 주름필터에 역세수단을 이용하여 상기 주름필터의 외부에 흡착되는 부유물질을 제거하여 주름필터의 막힘 시간을 증가시키고,
역세수단에 역류방지 체크밸브를 구비하여 역세하기 위하여 공기를 상기 주름필터 내부에서 폭기시킬 경우 발생하는 여과수의 역류현상을 방지하고,
하우징의 본체와 커버에는 각각 접촉부와 대응접촉부를 형성하고,
상기 접촉부와 대응접촉부에 구비되는 패킹스트립을 쿠션테이프를 이용하여 설치가 간편하고,
패킹스트립 사이에 구성되는 패킹층을 실리콘액 또는 포밍액으로 구성하여 사용자가 쉽게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 일반 패킹에 의한 방수기능에서 더욱 효과적으로 방수기능을 수행하고,
상기 하우징에 자동제어수단과 수동제어수단을 구성하여 자동제어수단의 작동이 정지된 경우에도 필터수단 및 역세수단의 일부 또는 모두를 제어할 수 있고,
주름필터를 제1 내지 제3 주름필터로 구성되어 제1 주름필터를 통하여 여과된 여과수가 배출되는 1단계와
상기 1단계에서 여과된 여과수가 제2 주름필터를 통하여 여과되는 2단계와 상기 2단계에서 여과된 여과수가 제3 주름필터를 통하여 여과되는 3단계로 구성하여 여과기의 부하를 분산시켜 여과기의 막힘 시간을 지연시키며,
제1 내지 제3 주름필터를 각각 50㎛, 30㎛, 10㎛이상의 부유물질을 제거할 수 있게 구성함으로써 원수에 포함되어 있는 모든 입자를 제거함과 동시에, 상기 주름필터에 가해지는 압력을 분산시킬 수 있고,
역세단계를 더 포함하여 상기 주름필터의 사용수명을 증대시키고, 여과수의 흐름을 원활하게 하며 여과의 효율성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다단여과장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 다단여과장치의 필터수단의 도면 대용 사진
도 3은 본 발명에 따른 하우징의 평면의 도면 대용 사진
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 필터수단의 도면 대용 사진
도 6 은 본 발명에 따른 역세수단의 도면 대용 사진
도 7 은 본 발명에 따른 역류방지 체크밸브의 도면 대용 사진
도 8 은 본 발명에 따른 본체와 커버의 평면단면도
도 9 내지 도 10은 본 발명에 따른 자동제어수단의 도면 대용 사진
도 11 은 본 발명에 따른 수동제어수단의 도면 대용 사진
도 12 는 본 발명에 따른 다단여과장치를 이용한 수질 여과방법의 구조도
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.
또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
먼저 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, LOC 센서를 위한 자동여과장치의 필요조건을 고려하여 제작한 본 발명에 따른 하이드로 클리닝 다단여과장치(P)는 본체(11)와 상기 본체(11)와 결합하는 커버(13)로 이루어진 하우징(10)과 상기 하우징(10) 내부에 구비되며 유입되는 원수를 여과하는 필터수단(20) 및 상기 필터수단(20)에 구비되고, 상기 필터수단(20)을 세척하는 역세수단(30)으로 이루어져 있다.
보다 상세하게는 도 1 내지 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10)의 내부에 구비된 상기 필터수단(20)은 복수개의 주름필터가 상호 연결되어 순차 배열되어 있는데, 상기 주름필터를 거친 유입수가 드럼형태의 주름필터 외부에서 수위가 차면서 밀폐된 필터팩(25)의 내부 압력에 의해 필터 내부로 여과되어 통과된다. 또한 필터 외벽의 흡착 입자들과 침강된 입자는 각 단 필터 내부에 일정한 시간 간격으로 하단의 배수구 밸브(17a)를 통해 일정한 간격으로 배수 시 배수구(17)를 통하여 같이 제거 될 수 있도록 한다.
도 1 에 도시된 바와 같이 상기 필터수단(20)을 구성하는 주름필터는 제 1 내지 제 3 주름필터(23)로 구성되고 제 1 주름필터(21)로 여과된 여과수는 제 2 주름필터(22)로 이동하고 제 2 주름필터(22)에서 여과된 여과수는 제 3 주름필터(23)로 이동하여 순차적으로 여과되는데, 단일의 주름필터를 이용하여 모든 입자를 동시에 제거하기에는 다소 어려움이 있어, 단계적인 입자 제거가 필요하게 되었고, 이러한 단계적 입자 제거는 주름필터의 부하를 분산시켜 상기 주름필터의 막힘 시간을 지연시키는 효과를 기대할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 3 단계(300)로 구성하여 각 단계별로 1 단계(100)에서는 50 μm 이상의 부유물질을 제거하고, 2 단계(200)에서는 30 μm 이상을 제거하고, 3 단계(300)에서는 10 μm의 부유물질을 제거할 수 있도록 약 0.5 L의 내부용적에 필터 표면적 약 0.06 ㎡ 드럼형태의 스테인리스 원통 주름필터를 설치하였다.
또한 도 4내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 필터수단(20)은 50 μm 스테인리스 주름필터가 설치된 제 1 주름필터(21), 30 μm 스테인리스 주름필터가 설치된 제 2 주름필터(22), 10 μm 스테인리스 주름필터가 설치된 제 3 주름필터(23)로 구성되며, 외부에서 내부 스테인리스 주름필터의 흡착 정도를 확인 할 수 있도록 투명 아크릴(27)을 부착하였다.
또한 도 3 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 상기 역세수단(30)은 상기 각 주름필터들과 각각 연결되어, 상기 각 주름필터 일부 또는 모두에 공기를 넣어 필터 외부에 흡착된 입자들을 세척하고, 상기 역세수단(30)에는 상기 주름필터 내부의 여과수가 역류되지 않도록 역류방지 체크밸브(31)를 더 포함하고 있다.
보다 상세하게는 도 3 또는 도 6 에 도시된 바와 같이 상기 하우징(10)에는 소형의 컴프레서(33)가 구비되고, 상기 컴프레서(33)에 연결된 각 공기주입라인(35)을 각 단의 주름필터에 연결하여 필터 내부에서 폭기 되어 필터 외부에 흠착된 입자들을 일정 시간 간격으로 제어하여 제거 할 수 있도록 하였다. 또한 연결된 공기주입라인(35)에는 도 7 에 도시된 바와 같이 필터의 내부 여과수가 역류 되지 않도록 역류방지 체크밸브(31)를 연결하였고, 공기 폭기 시 배수구 밸브(17a)가 닫혀 있으므로 각 필터에서의 내부 압력으로 인해 컴프레서(33)에 무리가 가지 않도록 마지막 10㎛ 주름필터에 폭기 되는 동안 상기 주름필터 외부에서의 물이 이송되어 배출되도록 하여 소형 컴프레서(33)가 무리가 가지 않도록 하였다.
도 8 은 상기 커버에 구비되는 방수수단(700)과 발광수단(600)에 관한 평면 단면도로써, 본 발명에 따른 다단여과장치는 상기 커버(13)와 상기 본체(11)가 결합되는 곳에 방수수단(700)을 구비하여 외부의 먼지나 습기 혹은 빗물이 상기 하우징(10) 내부에 투입되는 것을 방지하고, 상기 커버(13)의 내측에는 발광수단을 구비하여 야간이나 어두운 장소에서도 수질을 측정함에 용이하도록 상기 하우징(10)의 본체(11)에는 상기 커버(13)와 접촉하는 제1 접촉부(117a)가 형성되고, 상기 커버(13)에는 상기 본체(11)와 접촉하는 제2 접촉부(135)가 형성되며, 상기 제1 접촉부(117a)와 제2 접촉부(135)에는 각각 쿠션테이프를 이용하여 상호 이격 형성되는 패킹스트립(750)과, 상기 패킹스트립(750) 사이에 실리콘액 또는 포밍액으로 구성되는 합성수지액을 주입하여 형성하는 패킹층(730)으로 이루어져 있다.
보다 상세하게는 도 8 에 도시된 바와 같이, 상기 본체(11)에는 내측으로 돌출된 플랜지부(117)가 구비되어 있고, 상기 플랜지부(117)의 단부에는 상기 커버(13)와 접하는 제1 접촉부(117a)가 구비되어 있으며, 상기 커버(13)에는 상기 본체(11)와 접하는 제2 접촉부(135)가 구비되어 상기 커버(13)와 상기 본체(11)를 접촉시키게 된다. 또한 상기 제1 접촉부(117a)와 상기 제2 접촉부(135)에는 각각 방수수단(700)이 구비되어 있는데, 이는 후술하는 방수수단(700)을 설명함에 있어 보다 상세하게 설명하겠다.
다시 상기 커버(13)의 내측면에는 빛을 방출하는 발광수단(600)을 고정하기 위하여 고정수단(500)이 구비되는데, 상기 고정수단(500)은 고정나사(510)와 고정너트(530)와 상기 발광수단(600)을 지지하는 지지체(550)로 구비되어 있다.
보다 상세하게는 상기 커버(13)의 내측면에는 가압부(133)가 형성되어 있고, 상기 가압부(133)에는 상기 커버(13)의 내측으로 돌출되는 고정나사(510)가 구비되어 있다. 상기 고정나사(510)는 상기 커버(13)의 가압부(133)에 형성된 것으로서 상기 고정나사(510)의 헤드를 글라인더 처리를 하거나 상기 커버(13)의 가압부(133)에 홈을 구비하여 결합하는 방법등으로 상기 커버(13)의 가압부(133)로부터 돌출되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 고정나사(510)에는 상기 발광수단(600)을 지지하기 위한 지지체(550)가 구비되는데, 상기 지지체(550)는 상기 발광수단(600)을 지지하는 지지부(553)와 상기 고정나사(510)와 결합하는 체결부(551)로 구성될 수 있다. 상기 지지부(553)와 상기 체결부(551) 사이에는 이음부(555)를 구비하여 상기 커버(13)의 개폐움직임이나 외부로의 충격을 발광수단(600)에 직접 가해지지 않도록 완충역할을 하게 되어, 상기 발광수단(600)의 충격으로 인한 파손을 방지할 수 있다.
나아가 상기 지지체(550)를 고정하기 위하여 상기 고정나사(510)에는 고정너트(530)가 구비되는데, 상기 고정너트(530)는 상기 지지체(550)의 체결부(551)와 상기 고정나사(510)의 결합을 견고히 하며, 상기 도광판(610)의 크기에 따라 변하는 상기 지지체(550)가 결합하는 고정나사(510)의 위치에 대응하여 고정너트(530)의 위치를 조정할 수도 있다.
그리고 상기 고정너트(530)는 상기 지지체(550)와 일체형으로 구비되거나, 상기 고정나사(510)와 일체형으로 결합되어 발광수단(600)을 상기 고정수단(500)에 결합할 경우 상기 지지부(553)와 상기 가압부(133) 사이의 공간을 벌려 상기 발광수단(600)을 결합시킨 후 상기 고정나사(510)를 조여 견고하게 결합 하도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 발광수단(600)은 빛을 발생시키는 광원(660)과, 상기 광원(660)이 결합되는 PCB(670)와 상기 광원(660)으로부터 발생되는 측광형 빛을 직사형으로 변경할 수 있는 도광판(610)으로 이루어져 있다. 또한 상기 도광판(610)의 일측에는 빛이 방출되지 않도록 반사판(630)을 구비하고, 반대측에는 빛이 방출 될 수 있도록 투광판(650)이 구비되어 있으나, 이는 하나의 실시예를 도시한 것으로서, 상황에 따라 빛을 양방향으로 모두 발광하기 위해서는 반사판(630)을 제거하고 투광판(650)을 상기 도광판(610)에 양측에 구비하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로 상기 발광수단(600)이 상기 지지체(550)에 결합되는 방법을 설명하면, 도 8의 일점쇄선에 도시된 바와 같이 상기 지지체(550)의 지지부(553)에는 ‘ㄷ’형상의 로드(680)가 구비되게 된다. 상기 로드(680)의 안쪽에는 PCB(670)가 실장되고, 상기 PCB(670)에는 광원(660)이 구비되게 된다. 또한 상기 도광판(610)과 상기 반사판(630)은 상기 로드(680)내부로 투입되어 결합되게 되는데, 이때 상기 도광판(610)이 상기 광원(660)과 접하지 않도록 구성하여 상기 광원(660)의 파손을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 로드(680)는 상기 지지체(550)의 지지부(553)와 결합되지 않는 일측이 상기 커버(13)의 가압부(133)와 결합하게 되는데, 이때 상기 로드(680)와 상기 가압부(133) 사이에 상기 투광판(650)의 일측에 구비되는 수압부(651)가 구비되게 된다. 따라서 상기 가압부(133)는 상기 투광판(650)의 수압부(651)를 가압하게 되며 상기 수압부(651)는 상기 로드(680)를 가압하며 결합함으로써 상기 커버(13)와 상기 발광수단(600)의 결합을 견고히 할 수 있다. 또한 상기 로드(680)는 강철의 재질로 구성하여 견고함을 증가시키는 것이 바람직하다 강철과 유사한 합금등의 재질을 사용하는 것도 가능하다.
나아가 상기 제1 접촉부(117a)와 상기 제2 접촉부(135)에는 방수수단(700)이 구비되고, 상기 커버(13)의 가압부(133)와 상기 투광판(650)의 수압부(651)사이에도 방수수단(700)이 구비되어 있어, 커버(13)와 본체(11) 사이에 방수수단(700)을 이중으로 구비하여 방수, 방습 및 방진 기능으로 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 방수수단(700)에 대하여 보다 상세하게 상기 가압부(133)와 상기 수압부(651)사이의 방수수단(700)을 기준으로 설명하면, 방수수단(700)은 방수부재(710)와 패킹층(730) 및 패킹스트립(750)으로 구성되는데, 상기 수압부(651)와 상기 가압부(133)에는 각각 방수부재(710)가 구비되어 있다. 상기 방수부재(710)는 상기 수압부(651)와 가압부(133)에 결합할 수 있도록 접착력이 있는 접착테이프와 실리콘 등으로 구성된다. 또한 상기 방수부재(710) 사이에는 패킹층(730)이 구비되는데, 상기 패킹층(730)은 상기 방수부재(710) 중앙에 구비되어 패킹층(730)이 구비되으로써 습기가 상기 패킹스트립(750)에 생기는 방수부재(710)의 접착력으로 인하여 점도를 갖음으로써 패킹층(730)을 통과하기 어렵고, 먼지 또한 상기 패킹스트립(750)에 생기는 방수부재(710)의 접착력으로 패킹층(730)을 통과하기가 어렵게 하여 일반 고무패킹만 삽입하거나 실리콘만 주입하여 형성된 방수 및 방습 장치보다 효과적으로 물이나 습기 또는 먼지등을 차단할 수 있다.
또한 상기 방수부재(710)를 구성하는 접착테이프는 일면 또는 양면에 접착성이 있는 접착테이프를 사용할 수 있으며, 두께가 있어 쿠션을 이루는 접착테이프로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 제1 접촉부(117a)와 제2 접촉부(135)에 각각 구비되는 방수수단(700)을 제1 접촉부(117a)를 기준으로 설명하면, 상기 커버(13)와 상기 본체(11)는 개폐가 용이하도록 구성되어야 함으로, 상기 제1 접촉부(117a)에 양면에 접착력을 구비하는 방수부재(710)를 구비하고, 상기 방수부재(710)에 패킹층(730)을 형성하되, 상기 제1 접촉부(117a)와 대응되는 커버(13)에는 일면에 접착력을 구비한 접착테이프로 이루어진 방수부재(710)를 구비하여 상기 커버(13)와 본체(11)의 개폐를 용이하게 하는 것이 바람직하다.
다시 상기 방수수단(700)은 패킹스트립(750)을 구성함으로서 방수기능을 높일 수 있고, 초보자들도 쉽게 구성하여 제작할 수 있어 제품의 공정을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 단가를 낮출 수 있어 시장경쟁력을 확보할 수 있다.
아울러 상기 패킹층(730)은 실리콘 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 또한 포밍액 또는 압축발포 PVC(포맥스)로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 포밍액 또는 압축발포 PVC는 실리콘 수지등과 같은 물질로 상기 방수부재(710)의 상면 혹은 하면에 바르면 일정 시간 후 상기 방수부재(710)와 결합되면서 굳어지고 굳은 부분의 일정 두께가 쿠션이 형성되어 외부의 충격을 흡수하는 능력이 뛰어나고, 가볍고 절삭력이 우수하여 제품 생산성이 효과적으로 향상된다.
그리고 도 9 내지 도 11 에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10)에 구비되며, 상기 필터수단(20) 및 역세수단(30)의 일부 또는 모두를 제어하는 제어수단(40)을 더 포함하여 이루어지되, 상기 제어수단(40)은 자동제어수단(41)과 수동제어수단(43)으로 구성되어, 상기 자동제어수단(41)의 고장이나 작동정지등으로 인한 위급상황 발생시 수동제어수단(43)을 통하여 상기 자동제어수단(41)을 이용하여 제어하는 것과 동일하게 상기 필터수단(20) 및 역세수단(30)의 일부 또는 모두를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게는 도 9 내지 도 10 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이드로 클리닝 다단여과장치(P)의 자동제어를 위해 작동 프로그램을 연동시켜 여과시간과 배출시간, 공기 주입 시간, 여과시간 등을 터치방식 프로그램으로 간단히 조정 할 수 있도록 하였다. 구체적으로는 필터 내부에 일정한 간격으로 공기를 불어 넣어주어 외부의 흡착 입자들을 자동으로 세척을 수행할 수 있도록 제어 프로그램을 제작하였다. 하이드로 클리닝 다단여과장치(P) 터치 방식 자동제어 프로그램을 장치의 전면에서 확인 및 운전을 할 수 있도록 하고, 각 여과장치 내의 배출수 시간, 여과시간 및 공기 폭기 시간 등을 프로그램 할 수 있도록 하였다.
또한 도 11 에 도시된 바와 같이 수동제어수단(43)를 구성하여 상기 자동제어장치의 고장등으로 인한 응급상황이 발생하거나, 열악한 환경의 현장 설치를 위하여 터치방식의 자동제어장치와 동일한 조건을 설정할 수 있도록 하여, 자연환경의 영향을 최소화 할 수 있도록 하였다.
나아가 본 개발 장치의 현장 적용을 위해 최소의 전력사용으로 운전 가동률을 높이기 위해 초 전력 부품을 사용하였고 1일 기준 안전율을 포함한 필요 축전지 용량은 하기 [표1]과 같이 최소 24AH 이상이 필요하다.
[표1]
Figure 112013016390614-pat00001
또한 도 12 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 하이드로 클리닝 다단여과장치(P)를 이용한 수질 여과방법은 본체(11)와 상기 본체(11)와 결합하는 커버(13)로 이루어진 하우징(10)과 상기 하우징(10) 내부에 구비되며, 유입되는 원수를 여과하는 필터수단(20) 및 상기 필터수단(20)에 구비되고, 필터수단(20)을 세척하는 역세수단(30)으로 이루어지되, 상기 필터수단(20)은 복수개의 주름필터가 상호 연결되어 순차 배열되고, 상기 주름필터는 제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23)로 구성되고, 상기 제1 내지 제3 주름필터(21)(22)(23)로 구성되는 하이드로 클리닝 다단여과장치(P)에 있어서,
유입수가 제 1 주름필터(21)로 투입되어 제 1 주름필터(21) 외부에서 수위가 차면서 밀폐된 필터팩(25)의 내부 압력에 의해 유입수가 필터 내부로 여과되어 배출되는 1단계(100)와 상기 1단계(100)에서 배출된 유입수가 제 2 주름필터(22)로 투입되어 상기 1단계(100)와 동일하게 여과되어 배출되는 2단계(200) 상기 2단계(200)에서 배출된 유입수가 제 3 주름필터(23)로 투입되어 상기 1단계(100) 또는 2단계(200)와 동일하게 여과되어 배출되는 3단계(300)로 이루어져 있다.
보다 상세하게는 상기 1단계(100)의 제 1 주름필터(21)는 50㎛ 이상의 입자를 여과할 수 있게 구성되고, 상기 2단계(200)의 제 2 주름필터(22)는 30㎛이상의 입자를 여과할 수 있게 구성되며, 상기 3단계(300)의 제 3 주름필터(23)는 10㎛이상의 입자를 여과할 수 있게 구성되어 있되,
상기 제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23)에는 역세수단(30)이 각각 연결되고, 상기 역세수단(30)을 통하여 상기 제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23) 내부에 각각 공기가 투입함으로써 상기 제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23) 내부에서 각각 폭기되어 상기 제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23) 외부에 흡착된 입자들을 각각 제거 할 수 있는 역세단계(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 하기에 설명하는 내용은 본 발명에 따른 하이드로 클리닝 다단여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법을 이용하여 적용한 예이다.
먼저 하이드로 클리닝 다단여과장치의 여과 성능평가를 위해 입자성 표준시료를 확보하였다. 입자성 표준시료를 제조하기 위해 강원도 평창 소재 주석 가공공장에서 입자별 분말 주석을 확보하고 이를 표준체 작업을 통해서 입경별로 구분하였다. 표준체는 250 μm, 150 μm, 75 μm, 53 μm, 13 μm 표준체를 사용하였고, 각 입경별고 생산된 주석을 각 표준체에 맞게 다시 분리하여 각각의 입경을 갖는 시료를 제조하였고 각각의 시료에 대한 입경분포를 통해 그 시료의 입경을 확인하였다. 하기 [표2] 내지 [표5]는 주석 시료의 입도분포도 측정결과를 나타낸 것이다.
[표2] 13㎛ 표준체를 통과한 주석의 입도분포도
Figure 112013016390614-pat00002
[표3] 75㎛ 표준체를 통과한 주석의 입도분포도
Figure 112013016390614-pat00003
[표4] 150㎛ 표준체를 통과한 주석의 입도분포도
Figure 112013016390614-pat00004
[표5] 250㎛ 표준체를 통과한 주석의 입도분포도
Figure 112013016390614-pat00005
최종여과 유량, 압력, 공인기관 제품성능, 매질에 따른 평가 방법으로는 각각의 입경별로 여과 SS(부유물질; Suspended Solid)를 확인하였고, 1차년도 및 2차년도 초기 개선 시제품의 시험 결과 빠른 시간 내 막힘 현상과 압력의 영향이 필터의 작은 표면적이 원인임을 선행 확인하였다.
본 제품 또한 동일한 방법으로 각 필터별 기초실험 결과 3단 여과장치를 거쳐 최종 유량이 초기 100 mL/min 이상 일정시간 이상 유지됨을 확인 하였다. 이는 각 여과장치 별 목적수위까지의 적정한 공간과 역세시 압력의 내부가압 영향을 해소시키는 배출구를 30, 10 μm에 각 배수라인을 연결함으로써 가능하였다.
따라서 본 시제품의 평가는 종래의 기초실험 방법인 압력의 영향 및 전체 3단 필터를 통과한 후 최종 10 μm 배수 유량이 적정 여과수량이 100 mL/min 이상 유지되는 시간과 최종 10 μm 여과수의 입자를 입도분포 측정기기를 이용하여 확인하는 방법으로 평가하였다. 또한, 외부 공인기관에 개발 제품의 성능평가 시험을 의뢰하여 최종 여과유량이 100 mL/min 이상 유지되는 시간, 최종 입도분포도 측정 확인하여 객관적인 공인 성능평가 성적서를 획득하였다.
상기와 같은 실험에 따른 측정결과로는 먼저 필터 입경별 SS 여과 효율 테스트로서, 시작품제작 단일필터(50, 30, 10 μm) 여과 시 입도분포를 측정하였다. 시료는 250, 150, 75, 53, 13 μm의 주석을 20 g/40 L(500 mg/L)의 비율로 혼합하여 사용하였고, 입도분석기(SALD)측정결과 각 단일 필터들의 여과 수 필터 입경크기 내 입도분포를 확인 하였다. 하기 [표6] 내지 [표8]은 입도분석 결과를 나타낸 것이다.
[표6]
Figure 112013016390614-pat00006
[표7]
Figure 112013016390614-pat00007
[표8]
Figure 112013016390614-pat00008
다음으로는 하이드로 클리닝 다단여과장치의 연속운전을 통한 여과유량을 측정하였다.
측정방법으로는 하이드로 클리닝 다단여과장치의 제 1 내지 제 3 주름필터(50 + 30 + 10 μm) 여과 시 최종 100 mL/min 이상 여과수가 유지되는 시간과 최종 10 μm 여과 수 입도분포도를 측정하였다. 역세척을 위한 공기 폭기는 10 μm 주름필터에만 주입하였을 경우, 30 μm 주름필터에만 주입하였을 경우로 나누어 실험하였다.
시료는 250, 150, 75, 53, 13 μm의 주석을 20 g/40 L(500 mg/L)의 비율로 혼합하여 사용하였다. 측정은 일 2시간 간격으로 여과 유량을 확인하여 일 평균값으로 결과 값을 나타내었다. 최종 여과수 입도 측정은 입도분포도 측정기기로 일 1회 확인하였다.
하기 [표9]와 같이 필터 세척을 위한 공기 폭기를 10 μm 여과장치에만 주입하였을 경우, LOC 연동 시 성능발현 적정 여과수량 100 mL/min 이상 측정된 날이 15일 동안 유지 되는 것을 확인하였다. 공기 폭기를 30 μm 여과장치에만 주입하였을 경우 9일 동안 100 mL/min 이상 여과 유량을 확인 할 수 있었다.
[표9]
Figure 112013016390614-pat00009
또한 하기 [표10] 내지 [표14]에 나타난 바와 같이 하이드로 클리닝 다단여과장치의 주름필터 내부의 압력 변화에 따른 최종 여과유량과 필터 외부 시료가 하단으로 배출시 변동되는 필터 내부 압력 변화를 확인 하였다. 우선 폭기 세척 없이 전체 주름필터의 유입과 최종 여과필터 사이의 압력측정, 30 μm 필터 폭기 세척 시 50 - 10 μm 압력측정, 10 μm 필터 폭기 세척시 50 - 30 μm 압력 측정, 50 μm 폭기 세척시 30 - 10 μm 압력측정을 하였다. 또, 최종 여과수량 100 mL/min 이상 유지되는 수명평가 시 주름필터 장치 내부 압력의 일변화를 측정하였다.
[표10]
Figure 112013016390614-pat00010
상기 [표10]은 (50 - 10) μm 압력측정을 한 것으로서, 여과된 시료가 주름필터로 이송되면서 폭기 세척 시 0.266 psi의 측정값으로 평상시 측정되었으며, 폭기 시 공기의 유입에 의한 압력 증가는 일어났지만 큰 증가는 아니었으며, 폭기를 가동하지 않았을 때 50μm 필터 외부 시료가 배출 될 때 약간 증가되는 것을 확인 할 수 있었는데, 이는 위의 폐색 기초 실험에서 확인하였던 양압에 의한 50 μm 막힘 현상이 더 컸던 이유를 본 압력 실험을 통하여 확인 할 수 있었다. 30 μm 폭기 세척을 함으로써 50 μm 필터로 밀어주는 순간 양압이 발생하여 역으로 필터 외부 시료가 이송되면서 폭기 되는 시간동안 압력상승을 하였지만 30 μm 필터에는 입자에 이한 영향이 작으므로 폭기 세척에 의한 입자 제거는 효과적인 것으로 확인되었다.
[표11]
Figure 112013016390614-pat00011
상기 [표11]은 10 μm 폭기세척 및 (50 - 30) μm 압력측정을 한 것으로, 여과된 시료가 주름필터로 이송되면서 폭기 세척 시 0.028 psi의 측정값으로 평상 시 측정되었으며, 필터간의 차압 중 가장 작은 차이를 나타냈다. 폭기를 가동하지 않았을 때 50μm 필터의 외부 시료가 하부로 배출 될 때를 제외한 모든 상황에서 폭기세척 시에 비하여 높은 차압을 확인할 수 있었는데 이는 작은 양의 입자가 필터에 영향을 준 것으로 판단되며, 이와 관련되어 50μm 필터의 외부 시료가 배출 될 때 음압이 걸리는 것은 10 μm 필터에서 폭기 세척을 함으로써 30 μm 필터 내부 양압과 50 μm 필터로 원수시료의 유입과 10, 30 μm 필터로부터의 양압에 기인된 것으로 판단된다. 반면에 50 μm 필터는 강한 유속의 원수 유입 시 어는 정도 필터 표면이 세척되는 것으로 판단된다. 이는 위의 폐색 실험 시 30 μm 필터의 완전폐색과 50 μm 반 폐색 결과를 본 실험으로 확인하였다.
[표12]
Figure 112013016390614-pat00012
상기[표12]는 50 μm 폭기 세척 및 (30 -10) μm 압력측정을 한 것으로 여과된 시료가 필터로 이송되면서 폭기세척 시 0.255 psi의 측정값으로 측정되었으며, 필터간의 차압은 (50 - 10) μm 차압과 비슷한 결과를 나타냈다. 50 μm 필터의 폭기 세척 시와 폭기 세척이 가동 되지 않을 시의 결과와 차이가 없는 것은 원수의 강한 유속으로의 유입과 30, 10 μm로 밀어주는 큰 양압이 발생하여 최종 여과 배출구로 배출되어 (30 -10) μm 필터의 내부압력에는 큰 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다.
또한 상기 [표10] 내지 [표12]를 참고하면 하이드로 클리닝 다단여과장치 초기 가동 압력을 확인하였으나, 폭기 세척을 하지 않을 경우 하이드로 클리닝 다단여과장치 내부 여과필터의 수명에 영향을 주는 것으로 확인되었으며, 필터 외부 소켓의 용적에 따라서 전체 폭기세척, 맨 끝단 폭기세척, 두 단의 폭기세척 등 폭기세척방법에 따라 여과필터의 수명이 달라 질 수 있음을 확인하였다. 본 장치의 실험에서는 10 μm 여과 필터에만 폭기세척을 하여도 내부 압력의 연향을 최소화하고 긴 수명을 유지 할 수 있음을 확인하였고, 부가적으로 가장 압력변화가 불안정한 50 μm 와 30 μm 여과필터에 동시에 폭기세척을 수행하면 필터의 수명을 연장 할 수 있을 것으로 기대된다.
또한 일변화에 따른 압력과 여과유량을 확인하기위하여 시료는 250, 150, 75, 53, 13 μm의 주석을 20 g/40 L(500 mg/L)의 비율로 혼합하여 사용하였고, 최종 적정여과 수량 100 mL/min 이상 유지되는 시간과 동시에 다단여과 필터 내부에서 발생하는 압력의 변화를 측정 확인하였다.
[표13]
Figure 112013016390614-pat00013
[표14]
Figure 112013016390614-pat00014
상기 [표13] 내지 [표14]에 따르면 하이드로 클리닝 다단여과장치의 50 μm 필터를 5분 간격으로 1분 씩 폭기 세척을 하였다. 가동 시간이 경과하면서 여과유량은 줄어들고 그에 따른 압력은 증가하는 경향을 나타냈다. 목표 수명인 14일 이상경과 후에도 유량은 110mL/min으로 연속 모니터링을 위한 목표 유량인 100 mL/min 이상을 만족하는 결과를 나타냈으며, 압력 또한 1.257 psi로 소형화를 위한 펌프의 한계 압력으로 설정한 50 kPa (7.252 psi)를 만족하는 결과를 나타냈다.
위의 수명 평가 결과로 보아 목표 수명인 14일 이상 측정 적정여과 유량으로 시료를 각 항목 측정 LOC 센서로 공급이 가능할 것으로 판단된다.
본 발명에 따른 하이드로 클리닝 다단여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법으로 현장 매질에 따른 입도분포 및 LOC 연동 시험을 측정하였다.
측정방법으로는 개발 시제품의 현장 시료 매질 종류에 따른 시제품의 운전확인을 위하여 호수, 강우 뒤 흙탕물 하천, 하수종말 처리장에서 시험 운전을 실시하였다.
현장 운전 시 채취된 시료의 원수와 최종 여과수는 입도측정기를 사용하여 입도분포를 확인하였다. 또, 각 현장에서의 시료를 LOC 연동 시 센서측정의 결과를 확인하기 위하여 각 LOC 센서항목 별 측정하여 그 결과를 고찰하였다.
하기 [표15]는 소양강에서 채취된 시료를 측정한 결과이다.
[표15]
Figure 112013016390614-pat00015
상기 [표15]에 따르면 최근 기후 영향으로 녹조현상이 높은 소양강 호수에서 하이드로 클리닝 다단여과장치를 사용하여 시료를 채취하였다. 그 결과를 입도분포측정기(Sald, 시마즈)로 측정하였고 동일 시료를 LOC 연동시험을 위하여 DOC, 영양염류를 측정하였다. 원수의 전체 입도분포는 0.5 ㎛에서 30 ㎛이하였고, 대부분 입자분포는 (10 ～30) ㎛ 부근을 나타났다. 여과 수 측정 결과는 4 ㎛ 이하로 나타났다. 입도분포 최종 10 ㎛ 여과장치를 통한 시료의 입도분포 결과 제작된 스테인레스 필터의 여과 성능이 확인되었다.
하기 [표16]는 팔미천에서 채취된 시료를 측정한 결과이다.
[표16]
Figure 112013016390614-pat00016
상기 [표16]에 따르면 강우 발생 후 하천은 토사 유출로 인해 입자가 많을 것으로 판단되어 1차년도와 동일한 장소에서 하이드로 클리닝 다단여과장치를 사용하여 시료를 채취하였다. 그 결과를 입도분포측정기(Sald, 시마즈)로 측정하였고 동일 시료를 LOC 연동시험을 위하여 DOC, 영양염류를 측정하였다. 원수의 전체 입도분포는 0.5 ㎛에서 4 ㎛이하였고, 대부분 입자분포는 (1 ～4) ㎛ 부근을 나타났다. 이는 하전의 깊이가 깊지 않고 유속이 강하여 실제 원수에서도 입자의 크기가 생각과는 달리 입도분포가 크지 않았다. 여과수 측정 결과도 2 ㎛ 이하로 나타났다.
최종 10 ㎛ 여과장치를 통한 시료의 입도분포 결과 제작된 스테인레스 필터의 여과 성능이 확인되었다.
하기 [표17]는 하수처리장에서 채취된 시료를 측정한 결과이다.
[표17]
Figure 112013016390614-pat00017
상기 [표17]에 따르면 하수처리장의 방류수에서 하이드로 클리닝 다단여과장치를 사용하여 시료를 채취하였다. 그 결과를 입도분포측정기(Sald, 시마즈)로 측정하였고 동일 시료를 LOC 연동시험을 위하여 DOC, 영양염류를 측정하였다. 원수의 전체 입도분포는 5 ㎛에서 50 ㎛이하였고, 대부분 입자분포는 (20 ～40) ㎛ 부근을 나타났다. 여과수 측정 결과 (2～4) ㎛ 이하로 나타났다.
최종 10 ㎛ 여과장치를 통한 시료의 입도분포 결과 제작된 스테인레스 필터의 여과 성능이 확인되었다.
또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조 및 구성을 갖는 하이드로 클리닝 다단여과장치 및 이를 이용한 수질 여과방법을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
P : 다단여과장치 10 : 하우징 11 : 본체
13 : 커버 117 : 플랜지부
117a : 제1 접촉부 133 : 가압부
135 : 제2 접촉부 500 : 고정수단
510 : 고정나사 530 : 고정너트
550 : 지지체 551 : 체결부
553 : 지지부 555 : 이음부
600 : 발광수단 610 : 도광판
630 : 반사판 650 : 투광판
651 : 수압부 660 : 광원
670 : PCB 680 : 로드
700 : 방수수단 710 : 방수부재
730 : 패킹층 750 : 패킹스트립
17 : 배수구
17a : 배구수 밸브 20 : 필터수단 21 : 제 1 주름필터
22 : 제 2 주름필터 23 : 제 3 주름필터
25(25a, 25b, 25c) : 필터팩
27 : 아크릴 30 : 역세수단
31 : 역류방지 체크밸브 33 : 컴프레서 35 : 공기주입라인
40 : 제어수단 41 : 자동제어수단 43 : 수동제어수단
100 : 1 단계 200 : 2 단계 300 : 3 단계
400 : 역세단계

Claims (10)

  1. 본체(11)와 상기 본체(11)와 결합하는 커버(13)로 이루어진 하우징(10);
    상기 하우징(10) 내부에 구비되며, 유입되는 원수를 여과하는 필터수단(20);
    상기 필터수단(20)에 구비되고, 필터수단(20)을 세척하는 역세수단(30);으로 이루어지되

    상기 필터수단(20)은 복수개의 주름필터가 상호 연결되어 순차 배열되어 이루어지고,
    상기 하우징(10)의 본체(11)에는 상기 커버(13)와 접촉하는 제1 접촉부(117a)가 형성되고,
    상기 커버(13)에는 상기 본체(11)와 접촉하는 제2접촉부(135)가 형성되며,
    상기 제1 접촉부(117a)와 제2 접촉부(135)에는 각각 쿠션테이프를 이용하여 상호 이격 형성되는 패킹스트립(750)과,
    상기 패킹스트립(750) 사이에 실리콘액 또는 포밍액으로 구성되는 합성수지액을 주입하여 형성하는 패킹층(730)이 형성되는 것을 특징으로 하는 다단여과장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터수단(20)을 구성하는 주름필터는
    제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23)로 구성되고,
    제1 주름필터(21)로 여과된 여과수는 제 2 주름필터(22)로 이동하고, 제2 주름필터(22)에서 여과된 여과수는 제 3 주름필터(23)로 이동하여 순차적으로 여과되고,
    상기 역세수단(30)은
    상기 각 주름필터들(21)(22)(23)과 각각 연결되어, 상기 각 주름필터 일부 또는 모두에 공기를 넣어 필터 외부에 흡착된 입자들을 세척하는 것을 특징으로 하는 다단여과장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 역세수단(30)에는
    상기 주름필터 내부의 여과수가 역류 되지 않도록 역류방지 체크밸브(31)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단여과장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징(10)에는 복수개의 컴프레서(33)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다단여과장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(10)에 구비되며, 상기 필터수단(20) 및 역세수단(30)의 일부 또는 모두를 제어하는 제어수단(40)을 더 포함하여 이루어지되,
    상기 제어수단(40)은 자동제어수단(41)과 수동제어수단(43)으로 구성되어,
    상기 자동제어수단(41)의 고장이나 작동정지로 인한 위급상황 발생시 수동제어수단(43)을 통하여 상기 자동제어수단(41)을 이용하여 제어하는 것과 동일하게 상기 필터수단(20) 및 역세수단(30)의 일부 또는 모두를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 다단여과장치.
  6. 본체(11)와 상기 본체(11)와 결합하는 커버(13)로 이루어진 하우징(10);
    상기 하우징(10) 내부에 구비되며, 유입되는 원수를 여과하는 필터수단(20);
    상기 필터수단(20)에 구비되고, 필터수단(20)을 세척하는 역세수단(30);으로 이루어지되

    상기 필터수단(20)은 복수개의 주름필터가 상호 연결되어 순차 배열되고,
    상기 주름필터는 제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23)로 구성되고,
    상기 제1 내지 제3 주름필터(21)(22)(23)로 구성되는 다단여과장치(P)에 있어서,

    유입수가 제1 주름필터(21)로 투입되어 제 1 주름필터(21) 외부에서 수위가 차면서 밀폐된 필터 팩의 내부 압력에 의해 유입수가 필터 내부로 여과되어 배출되는 1단계(100);
    상기 1단계(100)에서 배출된 유입수가 제 2 주름필터(22)로 투입되어 상기 1단계와 동일하게 여과되어 배출되는 2단계(200);
    상기 2단계(200)에서 배출된 유입수가 제 3 주름필터(23)로 투입되어 상기 1단계 또는 2단계와 동일하게 여과되어 배출되는 3단계(300);로 이루어지되,

    상기 하우징(10)의 본체(11)에는 상기 커버(13)와 접촉하는 제1 접촉부(117a)가 형성되고,
    상기 커버(13)에는 상기 본체(11)와 접촉하는 제2접촉부(135)가 형성되며,
    상기 제1 접촉부(117a)와 제2 접촉부(135)에는 각각 쿠션테이프를 이용하여 상호 이격 형성되는 패킹스트립(750)과,
    상기 패킹스트립(750) 사이에 실리콘액 또는 포밍액으로 구성되는 합성수지액을 주입하여 형성하는 패킹층(730)이 형성되는 것을 특징으로 하는 다단여과장치를 이용한 수질 여과방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 1단계의 제 1 주름필터(21)는 50㎛ 이상의 입자를 여과할 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다단여과장치를 이용한 수질 여과방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 2단계의 제 2 주름필터(22)는 30㎛이상의 입자를 여과할 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다단여과장치를 이용한 수질 여과방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 3단계의 제 3 주름필터(23)는 10㎛이상의 입자를 여과할 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다단여과장치를 이용한 수질 여과방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23)에는 역세수단(30)이 각각 구비되고,
    상기 역세수단(30)을 통하여 상기 제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23) 내부에 각각 공기가 투입함으로써 상기 제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23) 내부에서 각각 폭기되어 상기 제 1 내지 제 3 주름필터(21)(22)(23) 외부에 흡착된 입자들을 각각 제거 할 수 있는 역세단계(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단여과장치를 이용한 수질 여과방법.
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