KR101554568B1 - 오폐수 처리를 위한 연속식 여과 방법 - Google Patents

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KR101554568B1 KR1020150050407A KR20150050407A KR101554568B1 KR 101554568 B1 KR101554568 B1 KR 101554568B1 KR 1020150050407 A KR1020150050407 A KR 1020150050407A KR 20150050407 A KR20150050407 A KR 20150050407A KR 101554568 B1 KR101554568 B1 KR 101554568B1
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오다경
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(주)에이치앤텍
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Abstract

스크러버 암의 위치를 변경하고, 수위 제어기를 이용한 연속식 여과 방법을 제공한다. 연속식 여과 방법은 i) 본체에 부유성 입상 필터재들을 충전하는 단계, ii) 정화수 출구를 닫고, 오폐수 입구를 열어서 오폐수 입구를 통하여 본체에 오폐수를 유입시키는 단계, iii) 오폐수를 부유성 입상 필터재들 사이로 통과시켜서 오폐수에 포함된 입자상 물질이 부유성 입상 필터재에 부착되도록 유도하는 단계, iv) 스크루, 스크러버 암 및 스크래퍼를 함께 회전시키는 단계, v) 스크러버 암에 의해 부유성 입상 필터재들을 중공관의 내부로 하강시키고, 스크루를 회전시켜 입자상 물질을 부유성 입상 필터재들로부터 탈리시키는 단계, vi) 입자상 물질이 본체의 바닥 위에 침전되는 단계, vii) 부유성 입상 필터재들 중 본체의 하부에 가라앉은 부유성 입상 필터재들이 스크래퍼와 충돌하여 다시 부상되는 단계, viii) 침전된 입자상 물질을 슬러지 배출구를 통해 배출시키는 단계, ix) 오폐수의 수위가 상승하여 기설정치 이상이 된 경우, 수위 감지기가 개폐 밸브에 개방 신호를 전송하는 단계, x) 개폐 밸브가 개방되어 정화수가 정화수 출구를 통하여 본체의 외부로 배출되는 단계, 및 xi) 개방 신호의 수신 시간으로부터 기설정된 시간이 경과한 후 개폐 밸브가 닫히는 단계를 포함한다.

Description

오폐수 처리를 위한 연속식 여과 방법 {CONTINUOUS FILTERING METHOD FOR WASTE WATER TREATMENT}
본 발명은 연속식 여과 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 오폐수에 함유된 입자상 물질이나 유기물질을 효과적으로 제거하기 위해 스크러버 암의 위치를 변경한 연속식 여과 방법에 관한 것이다.
여과는 오폐수를 처리하는 수처리 과정으로 물속에 존재하는 입자상 오염물질을 제거하는 공정이다. 오폐수 내 입자상 물질이나 유기물질이 미처리 되어 방류될 경우 하천의 용존 산소를 고갈시키게 된다.
오폐수를 처리하기 위한 여과 방법은 필터재(filter media)를 이용한 여과법 등을 예로 들 수 있다. 필터재를 이용한 여과법은 일정시간이 지나면 오폐수에 함유된 입자상 물질이 필터재에 과도하게 부착된다. 그리고 필터재와 입자상 물질이 서로 엉켜 처리장치 하부로 침전하게 된다. 따라서 필터재의 교체가 주기적으로 필요하다. 또한 필터재에 과도하게 부착된 입자상 물질을 털어내는 역세척 과정이 반드시 필요하다.
스크루 위에서 스크러버 암을 회전시켜 부유성 입상 필터재들을 잘 순환시킴으로써 입자상 물질을 효율적으로 탈리할 수 있는 연속식 여과 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 여과 방법에 사용되는 연속식 여과 장치는, i) 100톤 내지 400톤의 오폐수를 수용하도록 적용된 본체, ii) 본체내에 수용되고, 오폐수를 여과하여 정화수를 제공하도록 적용된 부유성 입상 필터재들, iii) 본체의 측면에 설치되어 오폐수를 연속적으로 제공하는 오폐수 입구, iv) 오폐수 입구보다 높게 측면에 설치되고, 부유성 입상 필터재들과 대향하며 정화수를 연속적으로 배출시키는 정화수 출구, v) 본체의 바닥과 연통되어 오폐수로부터 여과된 슬러지를 배출하는 슬러지 배출구, vi) 본체의 내부 중심에 설치되어 정화수 출구보다 높게 위치하며, 측면과 이격되어 상하로 길게 뻗은 중공관, vii) 중공관 내부에 위치하는 스크루, viii) 스크루의 상부에 위치하여 스크루와 동축 연결되고, 정화수 출구보다 위에 위치하며, 스크루의 회전 반경보다 큰 회전 반경을 가지고, 스크루가 뻗은 방향과 직교하는 방향으로 뻗은 한 쌍의 암부재들을 포함하는 스크러버 암, ix) 본체 내부에 설치되어 오폐수의 수위를 감지하도록 적용된 수위 감지기, x) 정화수 출구에 설치되고, 수위 감지기와 전기적으로 연결된 개폐 밸브, 및 xi) 스크루의 하부에 위치하여 스크루와 동축 연결되고, 본체의 바닥과 대향하는 슬러지 스크래퍼(scraper)를 포함한다. 여기서, 한 쌍의 암부재들 중 각 암부재는, i) 일방향으로 길게 뻗은 제1 암부, 및 ii) 제1 암부와 연결되고, 일방향과 직교하는 다른 방향을 따라 길게 뻗은 제2 암부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 여과 장치의 연속식 여과 방법은, i) 본체에 부유성 입상 필터재들을 충전하는 단계, ii) 정화수 출구를 닫고, 오폐수 입구를 열어서 오폐수 입구를 통하여 본체에 오폐수를 유입시키는 단계, iii) 오폐수를 부유성 입상 필터재들 사이로 통과시켜서 오폐수에 포함된 입자상 물질이 부유성 입상 필터재에 부착되도록 유도하는 단계, iv) 스크루, 스크러버 암 및 스크래퍼를 함께 회전시키는 단계, v) 스크러버 암이 부유성 입상 필터재들을 눌러서 부유성 입상 필터재들의 부상을 막으면서 부유성 입상 필터재들을 중공관의 내부로 하강시키고, 스크루를 회전시켜 입자상 물질을 부유성 입상 필터재들로부터 탈리시키는 단계, vi) 입자상 물질이 본체의 바닥 위에 침전되는 단계, vii) 부유성 입상 필터재들 중 본체의 하부에 가라앉은 부유성 입상 필터재들이 스크래퍼와 충돌하여 다시 부상되는 단계, viii) 침전된 입자상 물질을 슬러지 배출구를 통해 배출시키는 단계, ix) 오폐수의 수위가 높은 경우, 수위 감지기가 개폐 밸브에 개방 신호를 전송하는 단계, x) 개폐 밸브가 개방되어 정화수가 정화수 출구를 통하여 본체의 외부로 배출되는 단계, 및 xi) 개방 신호의 수신 시간으로부터 기설정된 시간이 경과한 후 개폐 밸브가 닫히는 단계를 포함한다. 입자상 물질을 부유성 입상 필터재들로부터 탈리시키는 단계에서 스크루와 부유성 입상 필터재들의 평균 접촉 면적은 스크러버 암과 부유성 입상 필터재들의 평균 접촉 면적보다 클 수 있다.
부유성 입상 필터재를 상부에서 하부로 원활하게 이동시키면서 오폐수를 연속적으로 여과할 수 있다. 특히, 중공관 위에 위치하는 스크러버 암을 이용하여 부유된 다량의 부유성 입상 필터재들을 중공관 내부로 원활하게 하강시킬 수 있다. 그 결과, 오폐수에 함유된 입자상 물질을 부유성 입상 필터재들로부터 잘 탈리하여 오폐수를 효율적으로 정화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 여과 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 연속식 여과 장치를 II-II선을 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 연속식 여과 장치의 개략적인 작동 상태도이다
도 4는 도 3의 연속식 여과 장치의 연속식 여과 방법의 개략적인 순서도이다.
도 5는 도 4의 연속식 여과 방법의 각 단계의 개략적인 도면이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속식 여과 장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 연속식 여과 장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 연속식 여과 장치(100)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연속식 여과 장치(100)는 본체(10), 부유성 입상 필터재(20), 오폐수 입구(30), 정화수 출구(40), 슬러지 배출구(50), 중공관(60), 스크루(70), 스크러버 암(80) 및 수위 감지기(90)를 포함한다. 이외에, 연속식 여과 장치(100)는 필요에 따라 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 한편, 연속식 여과 장치(100)는 모터(M)와 연결되어 구동될 수 있다. 그리고 밸브(95)(도 3에 도시)는 정화수 출구(40)와 연결되어 정화수 출구(40)의 개폐를 제어할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본체(10)는 Z축 방향으로 길게 뻗은 원통형 형상을 가진다. 오폐수 입구(30)는 본체(10)의 측면에 설치되어 오폐수를 연속적으로 제공한다. 또한 정화수 출구(40)는 오폐수 입구(30)보다 높은 본체(10)의 측면에 설치되어 여과된 정화수를 배출한다. 즉, 오폐수는 오폐수 입구(30)를 통해 본체(10)로 유입되어 부유성 입상 필터재(20) 사이를 통과하면서 여과된 후 정화수 출구(40)로 배출된다. 본체(10)는 정화수 입구(30)의 아래에 위치하고, 방사상으로 대칭 형성된 경사면(101)을 포함한다. 슬러지는 경사면(101)을 통해 좀더 쉽게 모아져 슬러지 배출구(50)로 원활하게 배출될 수 있다. 한편, 본체(10)는 100톤 내지 400톤의 오폐수를 수용할 수 있도록 대형으로 제조된다. 오폐수의 수용량이 너무 적은 경우, 오폐수 처리 효율이 저하될 수 있다. 또한, 설계상 오폐수의 수용량을 너무 크게 할 수 없다. 따라서 오폐수의 수용량이 전술한 범위가 되도록 본체(10)를 설계하는 것이 바람직하다. 후술하지만 본체(10)가 대형으로 제조되므로, 스크러버 암(80)은 부유성 입상 필터재(20)를 원활하게 순환시키기 위해 본체(10)의 상부에 위치하는 것이 바람직하다.
부유성 입상 필터재(20)는 오폐수를 여과하여 정화수를 제공하는 역할을 한다. 부유성 입상 필터재(20)는 본체(10)내에 수용되며, 물보다 비중이 낮은 비중을 가지는 친수성 재질로 제조할 수 있다. 즉, 부유성 입상 필터재(20)는 친수성이 높은 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 또는 폴리에틸렌(polyethylene, PE)으로 제조할 수 있다. 좀더 바람직하게는, 부유성 입상 필터재(20)는 폴리프로필렌으로 제조할 수 있다. 또한, 부유성 입상 필터재(20)는 본체(10)에 공극률 50%로 이하로 충전될 수 있다. 만약 공극률이 너무 높을 경우, 정화수의 배출이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 반대로 공극률이 너무 낮을 경우, 연속식 여과 장치의 여과능이 작을 수 있다. 따라서 부유성 입상 필터재(20)를 공극률 35% 내지 45%로 충전하는 것이 바람직하다.
오폐수 입구(30)는 본체(10)의 측면에 설치된다. 그리고 정화수 출구(40)는 본체(10)의 측면에 오폐수 입구(30)보다 높게 설치된다. 오폐수 입구(30)와 정화수 출구(40)는 오폐수의 유입량 및 유출량이 많아지는 경우, 본체(10)의 측면에 추가로 설치할 수 있다.
슬러지 배출구(50)는 본체(10)의 바닥과 연통되어 오폐수에서 걸러진 슬러지를 배출한다. 슬러지 배출구(50)는 오폐수의 유입량 또는 배출량이 많아지는 경우, 본체(10)의 바닥에 추가로 설치할 수 있다.
슬러지 스크래퍼(501)는 스크루(70)와 동축으로 연결되며, 스크루(70)의 하부에 위치한다. 슬러지 스크래퍼(501)는 제1 스크래퍼부(5011)와 제2 스크래퍼부(5013)를 포함한다. 제1 스크래퍼부(5011)는 스크루(70)가 뻗은 방향과 동일한 방향으로 뻗는다. 한편, 제2 스크래퍼부(5013)는 제1 스크래퍼부(5011)와 예각을 형성하며 연결된다. 제2 스크래퍼부(5013)는 본체(10)의 경사면(101)과 대응하여 위치하므로, 슬러지 스크래퍼(501)는 경사면(101)에 부착되어 떨어지지 않는 슬러지를 긁어서 본체(10)로부터 잘 탈리시킬 수 있다. 슬러지 스크래퍼(501)의 표면에 돌기들(미도시)을 형성하여 경사면(101)과의 사이에 마찰력을 발생시킬 수도 있다. 따라서 부유성 입상 필터재(20)에 부착된 입자상 물질(201)이 부유성 입상 필터재(20)로부터 좀더 효과적으로 탈리될 수 있다.
중공관(60)은 본체(10)의 내부 중심에 오폐수 입구(30)보다 높게 위치한다. 중공관(60)은 Z축 방향으로 길게 뻗은 원통 형상을 가지고, 중공관(60)의 내부에는 스크루(70)가 위치한다. 따라서 중공관(60)의 직경은 스크루(70)의 직경에 따라 가변될 수 있다.
스크루(70)는 모터(M)와 연결하여 자동으로 회전할 수 있다. 만약, 연속식 여과 장치(100)가 소형일 경우, 수동으로 스크루(70)를 회전시킬 수도 있다. 중공관(60)과 스크루(70) 사이의 간격은 부유성 입상 필터재들(20)의 직경보다 작은 것이 바람직하다. 만약 중공관(60)과 스크루(70) 사이의 간격이 부유형 입상 필터재(20)의 직경보다 클 경우, 스크루(70)와 중공관(60) 사이로 부유형 입상 필터재(20)가 빠져나갈 수 있다. 즉, 부유형 입상 필터재들(20)의 순환율이 작아질 수 있다. 따라서 중공관(60)과 스크루(70) 사이의 간격을 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
스크러버 암(80)은 스크루(70)의 상부에 위치하며, 스크루(70)가 뻗은 방향과 직교하는 방향으로 뻗은 선형으로 형성된 한 쌍의 암부재들(801, 803)을 포함한다. 한 쌍의 암부재들(801, 803)은 제1 암부재(801) 및 제2 암부재(803)를 포함한다. 스크러버 암(80)은 스크루(70)와 동축에 연결되며, 스크루(70)의 회전 반경보다 큰 회전 반경을 가진다. 스크러버 암(80)의 회전 반경이 크므로, 스크러버 암(80)을 이용하여 부유형 입상 필터재들(20)을 잘 눌러서 스크루(70)에 인입되도록 가이드할 수 있다. 그 결과, 부유형 입상 필터재들(20)이 중공관(60)의 외부를 통해 상승한 후 중공관(60)의 내부를 통해 하강하는 과정을 통해 지속적으로 본체(10) 내에서 순환할 수 있다. 이를 위하여 제1 암부재(801)는 제1 암부(8011) 및 제2 암부(8013)를 포함한다. 여기서, 제1 암부(8011)는 z축과 수직으로 교차하는 방향으로 길게 뻗어 있다. 그리고 제2 암부(8013)는 제1 암부(8011)와 연결되고, 제1 암부(8011)가 뻗은 방향과 직교하는 방향을 따라 길게 뻗어 있다. 제2 암부재(803)도 제1 암부재(801)와 동일한 형상으로 제조되어 회전축을 기준으로 제1 암부재(801)와 상호 대칭으로 설치될 수 있다. 그 결과, 한 쌍의 암부재들(801, 803)이 선형으로 되어 있어서 부유형 입상 필터재들(20)과의 평균 접촉 면적이 크지 않으면서도 회전시에는 원과 같은 기능을 하므로, 부유형 입상 필터재들(20)을 잘 눌러서 부유형 입상 필터재들(20)을 스크루(70)를 향해 잘 유입시킨다.
한편, 스크러버 암(80)과 부유형 입상 필터재들(20)과의 평균 접촉 면적은 스크루(70)와 부유형 입상 필터재들(20)의 평균 접촉 면적보다 상대적으로 크지 않으므로, 입자상 물질은 부유형 입상 필터재들(20)로부터 잘 탈리되지 않는다. 여기서, 평균 접촉 면적은 부유형 입상 필터재(20)가 본체(10) 내에서 한번 순환하는 동안 스크러버 암(80) 또는 스크루(20)와 각각 접촉하는 면적의 합으로 정의된다. 스크루(70)와 부유형 입상 필터재들(20)의 평균 접촉 면적은 스크루(20)의 단면적과 스크루(70)의 개수와의 곱에 비례할 수 있다. 그리고 스크러버 암(80)과 부유형 입상 필터재들(20)의 평균 접촉 면적은 스크러버 암(80)의 폭과 길이의 곱에 비례할 수 있다. 여기서, 부유형 입상 필터재들(20)은 스크루(70)와 여러번 충돌하면서 본체(10) 하부로 이송되므로 스크루(20)와의 평균 접촉 면적이 상당히 크다. 이와는 대조적으로, 부유형 입상 필터재들(20)은 스크러버 암(80)과 만나서 바로 하부로 밀리거나 아예 스크러버 암(80)과 만나지 않고 바로 중공관(60) 내로 들어갈 수 있으므로, 그 평균 접촉 면적이 크지 않다. 즉, 스크루(20)와 부유형 입상 필터재들(20)의 접촉 면적은 스크러버 암(80)과 부유형 입상 필터재들(20)의 접촉 면적보다 훨씬 크다. 따라서 스크러버 암(80)과 부유형 입상 필터재들(20)의 접촉 면적이 상대적으로 작기 때문에 입자상 물질이 스크러버 암(80)에 의해 탈리되어 정화수 출구(40)를 통하여 외부로 배출될 가능성이 낮다. 이하에서는 도 2를 통하여 도 1의 연속식 여과 장치(100)를 이용한 연속 여과 방법을 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 연속식 여과 장치(100)를 사용한 연속 여과 방법을 개략적으로 나타낸다. 도 2의 연속식 여과 장치의 여과 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 연속식 여과 장치의 여과 방법을 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 먼저 단계(S10)에서는 도 1의 연속식 여과 장치(100)를 제공한다. 다량의 오폐수를 처리할 수 있는 부피를 가지는 본체를 구비한 연속식 여과 장치를 제공할 수 있다. 다음으로, 단계(S20)에서는 본체에 부유성 입상 필터재를 충전한다. 물의 비중보다 낮은 비중을 가진 부유성 입상 필터재는 오폐수 위에 떠서 필터층을 형성한다.
그리고 단계(S30)에서는 정화수 출구를 닫고, 본체의 하측부에 설치된 오폐수 입구를 열어서 오폐수를 본체로 유입시킨다. 정화수 출구가 닫힌 상태로 유지되므로, 오폐수가 본체를 채우면서 그 수위가 상승한다. 이 경우, 오폐수는 부유성 입상 필터재들의 전면으로 퍼지면서 상승한다. 부유성 입상 필터재는 오폐수의 상승에 따라 오폐수에 부유되면서 함께 상승한다.
다음으로, 단계(S40)에서는 오폐수가 부유성 입상 필터재들 사이를 통과한다. 따라서 오폐수에 함유된 입자상 물질이 부유성 입상 필터재들의 표면에 부착되도록 유도된다. 입자상 물질은 부유성 입상 필터재들의 표면에 부착되어 성장하면서 미생물막을 형성하고, 시간이 지나면서 미생물막은 점점 성장한다.
단계(S50)에서는 모터를 작동시켜 모터와 연결된 스크루, 스크러버 암 및 슬러지 스크래퍼를 함께 회전시킨다. 이 경우, 회전 속도는 2rpm 내지 25rpm일 수 있다. 회전 속도가 너무 큰 경우, 연속식 여과 장치의 내구성을 약화시킬 수 있다. 또한, 회전 속도가 너무 작은 경우, 오폐수가 잘 정화되지 않는다. 따라서 회전 속도를 전술한 범위에서 작동하는 것이 바람직하다.
다음으로 단계(S60)에서는 부유성 입상 필터재들이 중공관의 외측에서 오폐수와 함께 상승한다. 즉, 스크루의 회전에 따라 입자상 물질들이 도포된 부유성 입상 필터재들이 하강하면서 위에 부유하던 부유성 입상 필터재들이 없어지므로 그 반작용으로 오폐수 순환에 의해 중공관의 외측을 통해 부유상 입상 필터재들이 상승한다. 부유상 입상 필터재들은 입자상 물질이 부착된 상태로 상승한다.
단계(S70)에서는 스크러버 암이 상승한 부유성 입상 필터재들을 하측으로 누른다. 즉, 다량의 오폐수를 처리하기 위해서는 입자상 물질들이 부착된 부유성 입상 필터재들을 오폐수내에서 적절하게 순환시킬 필요가 있다. 따라서 스크러버 암이 회전하면서 부유성 입상 필터재들을 눌러서 중공관 내부로 하강시킨다. 그 결과, 오폐수를 따라 상승한 부유성 입상 필터재들이 다시 중공관내에서 회전하는 스크루를 따라 하강하므로, 입자상 물질을 부유성 입상 필터재들로부터 탈리시킬 수 있다.
등록특허 제1,482,214호의 연속식 여과 장치는 스크루의 상부가 아닌 스크루의 하부에 스크러버 암이 위치한다. 이 스크러버암은 등록특허 제1,482,214호의 실험예 1에 개시된 바와 같이, 본체의 체적이 2L에 불과하다. 이처럼 본체의 체적이 적은 경우에는 스크러버암을 스크루의 하부에 위치시켜도 부유성 입상 필터재들이 잘 순환된다. 그러나 다량의 오폐수를 처리하기 위하여 연속식 여과 장치를 대형화하는 경우, 본체의 상부에 다량의 부유성 입상 필터재들이 체류하므로, 강제적인 순환 수단이 없이는 다량의 부유성 입상 필터재들이 잘 순환하지 않는다. 다량의 부유성 입상 필터재들이 잘 순환하지 않는 경우, 입자상 물질이 부착된 부유성 입상 필터재들로부터 입자상 물질이 탈리될 수 있는 공정을 거치기 어려우므로, 오폐수가 잘 정화되지 않는다. 따라서 등록특허 제1,482,214호의 연속식 여과 장치는 소형 정화에만 사용할 수 있을 뿐 스케일 업하여 다량의 오폐수를 처리하기에는 부적합하다.
따라서 이러한 문제점을 해결하고자 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 여과 장치에서는 스크러버 암을 스크루의 상부에 위치시킨다. 그 결과, 스크러버 암이 회전하면서 부유성 입상 필터재들을 하측으로 눌러서 스크루로 강제 인입시킨다. 따라서 부유성 입상 필터재들이 원활하게 순환하면서 회전하는 스크루에 의해 입자상 물질을 부유성 입상 필터재들로부터 잘 탈리시킬 수 있다. 즉, 과도하게 성장한 미생물막으로 된 입자상 물질이 부유성 입상 필터재들과 스크루에 의해 잘 분리된다.
단계(S80)에서는 입자상 물질이 본체의 바닥 위에 침전한다. 즉, 탈리된 입자상 물질이 비중은 물의 비중보다 크므로, 중공관을 통하여 하부로 이동한 후 본체의 바닥 위에 놓인다.
다음으로, 단계(S90)에서는 부유성 입상 필터재들 중에서 본체의 바닥 위에 가라앉은 부유성 입상 필터재들이 슬러지 스크래퍼와 충돌한다. 그 결과, 입자상 물질이 부유성 입상 필터재들로부터 탈리되면서 부유성 입상 필터재들이 다시 부상한다. 즉, 스크루에 의해 하부로 강제 낙하된 부유성 입상 필터재들 중에서 입자상 물질이 탈리되지 않은 부유성 입상 필터재들의 비중은 물의 비중보다 클 수 있다. 따라서 이러한 부유성 입상 필터재들은 입자상 물질로 인하여 본체의 바닥면 위에 가라앉고, 슬러지 스크래퍼와 계속 충돌됨으로써 궁극적으로 부유성 입상 필터재들로부터 탈리될 수 있다. 그 결과, 부유성 입상 필터재들의 비중이 다시 물의 비중보다 작아지므로, 부유성 입상 필터재들이 상승하여 재순환됨으로써 유입되는 오폐수의 정화에 지속적으로 이용될 수 있다.
마지막으로, 단계(S100)에서는 침전된 입자상 물질을 슬러지 배출구를 통해 배출한다. 그 결과, 입자상 물질을 본체 외부로 배출하여 오폐수를 연속적으로 여과할 수 있다.
도 3은 도 1의 연속식 여과 장치(100)의 작동 상태를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 3개의 확대원에는 위부터 아래로 각각 스크러버 암(80), 스크루(70), 및 슬러지 스크래퍼(501) 부근의 부유성 입상 필터재들을 확대하여 나타낸다. 도 3의 연속식 여과 장치(100)의 작동 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 연속식 여과 장치(100)의 작동 상태를 다르게 변형할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 모터(M)의 회전에 따라 스크러버 암(80), 스크루(70), 및 슬러지 스크래퍼(501)는 화살표 방향을 따라 함께 회전한다. 회전하는 스크러버 암(80)은 오폐수 유입에 따라 점차 부상하는 부유성 입상 필터재들(20)을 -Z축 방향으로 누른다. 그 결과, 화살표로 도시한 바와 같이, 부유성 입상 필터재들(20)이 스크루(70)를 향하여 장입되므로, 다량의 오폐수를 정화하는 경우 부유성 입상 필터재들(20)이 화살표 방향을 따라 원활하게 순환한다. 여기서, 스크러버 암(80)과 부유성 입상 필터재들(20)의 평균 접촉 면적은 스크루(70)와 부유성 입상 필터재들(20)의 평균 접촉 면적보다 작다.
즉, 도 3의 상측 확대원에 도시한 바와 같이, 스크러버 암(80)과 부유성 입상 필터재들(20)의 평균 접촉 면적이 작으므로, 부유성 입상 필터재들(20)에 부착된 입자상 물질(201)은 스크러버 암(80)과의 충돌에도 불구하고 부유성 입상 필터재들(20)로부터 잘 탈리되지 않는다. 이보다 부유성 입상 필터재들(20)은 스크러버 암(80)의 누르는 힘에 의해 스크루(70)를 향하여 하강한다.
그 결과, 도 3의 중간 확대원에 도시한 바와 같이, 스크루(70)와 부유성 입상 필터재들(20)의 다수회 접촉에 의해 그 평균 접촉 면적이 커지므로, 스크루(70)와의 접촉뿐만 아니라 스크루(70)에 의해 형성된 와류에 의해 입자상 물질(201)이 부유성 입상 필터재들(20)로부터 잘 탈리된다. 탈리된 입자상 물질(201)은 본체(10)의 하부로 낙하하고, 부유성 입상 필터재들(20)은 중공관(70) 하부에서 화살표 방향을 따라 다시 중공관(70) 외부로 빠져나가 다시 사용된다.
전술한 바와 같이, 연속식 여과 장치(100)에서는 오폐수에 함유된 입자상 물질(201)이 스크루(70)에 의해 자연스럽게 부유성 입상 필터재들(20)로부터 탈리되므로 역세척 과정을 생략할 수 있다. 또한, 입자상 물질(201)이 제거된 부유성 입상 필터재들(20)의 상승 및 하강을 반복시킴으로써 부유성 입상 필터재(20)의 재생 없이 연속적으로 여과 공정을 수행할 수 있다. 그 결과, 오폐수의 처리 효율이 향상되고 역세척 설비를 사용할 필요가 없으므로, 공정 단가를 최소화할 수 있다.
한편, 도 3의 하측 확대원에 도시한 바와 같이, 부유성 입상 필터재들(20) 중 일부는 스크루(70)에 의해서도 입자상 물질(201)이 탈리되지 않은 상태로 본체(10)의 바닥까지 가라앉는다. 즉, 입자상 물질(201)의 비중이 물의 비중보다 큰 경우, 부유성 입상 필터재들(20)에 부착된 입자상 물질(201)에 영향을 받아서 부유성 입상 필터재들(20)이 본체(10)의 바닥 위에 가라앉을 수 있다. 이 경우, 슬러지 스크래퍼(501)가 반복적으로 가라앉은 부유성 입상 필터재들(20)을 타격하므로, 입자상 물질(201)은 결국 부유성 입상 필터재들(20)과 분리되어 침전된 후 슬러지 배출구(50)를 통해 외부로 배출된다. 그리고 부유성 입상 필터재들(20)은 화살표로 나타낸 바와 같이, 그 비중이 물의 비중보다 작은 상태가 되어 다시 부상되어 재사용될 수 있다.
그리고 정화수 출구(40)에는 개폐 밸브(95)가 부착되어 정화수를 배출하거나 그 배출을 차단할 수 있다. 또한, 수위 감지기(90)를 이용하여 오폐수의 수위를 감지해 개폐 밸브(95)를 열거나 닫을 수 있다. 이하에서는 도 4를 통하여 도 3의 연속식 여과 장치의 연속식 여과 방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 도 3의 연속식 여과 장치(100)의 연속식 여과 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 즉, 도 4에서는 수위 감지기(90)와 개폐 밸브(95)를 이용하여 정화수를 배출시키는 방법을 좀더 구체적으로 나타낸다. 도 4의 연속식 여과 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 연속식 여과 방법을 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 먼저, 단계(S110)에서는 수위 감지기가 오폐수의 수위를 감지한다. 이 경우, 정화수 출구(40)는 개폐 밸브(95)에 의해 닫혀 있다. 따라서 오폐수의 수위는 지속적으로 올라가고, 부유성 입상 필터재들은 증가된 오폐수의 수면을 따라 함께 상승한다.
다음으로, 단계(S120)에서는 오폐수의 수위가 기설정치 이상으로 높은 경우, 단계(S130)에서 개폐 밸브에 개방 신호를 전송한다. 예를 들면, 오폐수의 수위가 스크러버 암의 설치 위치보다 높은 경우를 들 수 있다. 반대로, 단계(S120)에서 오폐수의 수위가 기설정치 미만인 경우, 단계(S110)로 돌아가 수위 감지기가 오폐수의 수위를 계속 감지한다.
단계(S140)에서는 정화수가 정화수 출구를 통해 외부로 배출된다. 따라서 오폐수로부터 여과 과정을 거친 깨끗한 정화수를 얻을 수 있다. 그리고 단계(S150)에서 개폐 밸브가 개방 신호를 수신한 시간으로부터 기설정된 시간이 경과한 경우, 단계(S156)에서 개폐 밸브를 자동으로 닫는다. 예를 들면, 솔레노이드 밸브 등에 타이머를 설치하여 밸브의 작동 시간을 자유롭게 조절할 수 있다. 예를 들면 기설정된 시간이 20분 내지 90분인 경우, 단계(S160)에서 개폐 밸브를 닫는다. 개폐 밸브를 닫기까지의 시간이 너무 짧은 경우, 오폐수의 수위가 계속 상승할 수 있다. 또한, 개폐 밸브를 닫기까지의 시간이 너무 긴 경우, 정화수가 아닌 오폐수가 외부로 배출될 수 있다. 따라서 기설정된 시간을 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 전술한 범위로 밸브를 오픈했다가 닫는 경우, 오폐수의 수위가 낮게 조절되므로 오폐수의 정화 과정을 반복할 수 있다. 이하에서는 도 4의 연속식 여과 방법의 각 단계를 도 5를 통하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 5는 도 4의 연속식 여과 방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸다. 즉, 도 5는 도 4의 연속식 여과 장치의 작동 과정을 순서대로 개략적으로 나타낸다. 여기서, 도 5의 (a)는 연속식 여과 장치가 일반적으로 오폐수의 여과를 진행하는 상태를 나타내고, 도 5의 (b)는 정화수 출구(40)가 개방되어 오폐수의 수위가 높아진 상태를 나타내며, 도 5의 (c)는 정화수 출구(40)의 지속적인 개방에 따라 오폐수의 수위가 다시 낮아지는 상태를 나타낸다. 도 5의 (a) 내지 (c)의 과정은 기설정된 시간에 따라 반복될 수 있다.
먼저, 도 5의 (a)에서는 본체(10)의 측면에 설치된 오폐수 입구(30)를 통해 들어온 오폐수에 함유된 입자상 물질(201)이 부유성 입상 필터재(20) 표면에 부착되고, 스크루(70)의 작동에 의해 입자상 물질이 부유성 입상 필터재(20)에서 탈리되어 여과된다. 도 5의 (a)에서 정화수 출구(40)는 폐쇄되어 있다. 그리고 오폐수의 수위는 점차적으로 높아진다. 정화수 출구(40)가 폐쇄되어 오폐수의 수위가 높아지는 경우, 오폐수의 수면에 부유성 입상 필터재(20)가 부유한다. 이 경우, 스크러버 암(80)을 회전시켜 부유성 입상 필터재(20)를 스크루(70)로 가이드한다.
다음으로 도 3의 (b)에서는 수위 감지기(90)가 오폐수의 수위를 측정한다. 오폐수의 수위가 기설정치 이상인 경우, 수위 감지기(90)가 밸브(95)에 개방 신호를 전송하고, 밸브(95)는 개방 신호를 수신하여 정화수 출구(40)를 개방한다. 따라서 정화수가 정화수 출구(40)를 통하여 본체(10)의 외부로 배출된다.
그 결과, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 정화수 출구(40)가 개방되어 정화된 오폐수가 배출되면서 오폐수의 수위가 낮아진다. 이 경우, 밸브(95)는 다시 기설정된 시간이 경과한 후에 자동으로 닫힐 수 있다. 밸브(95)가 닫히는 경우, 다시 도 3의 (a)의 과정이 시작된다. 한편, 스크러버 암(80)은 회전하면서 부유성 입상 필터재(20)를 지속적으로 스크루(70)로 가이드하고, 이에 따라 부유성 입상 필터재(20)는 계속 상승하면서 순환한다. 스크루(70)는 부유성 입상 필터재(20)로부터 입자상 물질을 지속적으로 탈리시킨다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며. 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예
도 1과 동일한 구조를 가지는 연속식 여과 장치를 제조하여 실험을 실시하였다. 연속식 여과 장치의 본체 체적은 5m3이었고, 약 250톤의 오폐수를 처리 성능을 가졌다. 실험예에 사용된 오폐수의 유입량은 0.2m3/min이었고, 유입 속도는 0.5cm/sec이었으며, 모터의 회전 속도는 5rpm으로 세팅하였다. 그리고 연속식 여과 장치를 작동시켜 오폐수를 연속적으로 정화하였다. 상세한 실험 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
비교예
등록특허 제1,482,214호의 도 1과 동일한 구조의 연속식 여과 장치를 사용하였다. 다만, 연속식 여과 장치의 본체의 체적을 실험예와 동일하게 약 250톤으로 제조하여 실험하였다. 이 경우, 오폐수의 유입량은 0.2m3/min이었고, 오폐수의 유입 속도는 0.5cm/sec이었다. 그리고 모터의 회전 속도는 5rpm으로 세팅하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
실험 결과
비교예에서는 스크러버 암이 스크루 아래에 설치되어 있어서 본체 내부의 부유형 입상 필터재가 스크루에 의해 중공관을 통해 하부에서 상부로 이송된 후, 상부에서 하부로 내려오는 방식으로 처리되었다. 이 경우, 부유형 입상 필터재가 중공관을 통해 상부로 이송된 후 중공관 외부에서 하부로 원활히 내려와서 순환하지 못하고 상부에 적체되었다. 그 결과, 스크루를 회전시키는 모터나 본체 상부가 파손되는 등의 기계적인 오작동이 유발되었다. 이는 부유형 입상 필터재가 상부로 이송된 후 자체적인 중력에 의해 부분적으로 가라앉는 침전 현상이 일어나 부유형 입상 필터재가 원활하게 순환할 것으로 예측하였으나 부유형 입상 필터재의 비중이 물의 비중보다 낮고, 처리 용량이 250ton/일 규모로 커져서 부력이 강하게 작용하여 부유형 입상 필터재가 본체 내부에서 가라앉지 않아 최종적으로 순환되지 않는 상태로 되었다. 따라서 본체의 하부에 위치한 스크러버 암이 그 기능을 제대로 수행하지 못하였다.
이와는 대조적으로, 실험예에서는 유출수의 흐름을 일시적으로 차단하여 부유형 입상 필터재를 부상시킨 후 스크루에 의해 부유형 입상 필터재를 상부에서 하부로 이송하고, 하부로 이송된 부유형 입상 필터재를 부상시켜서 부유형 입상 필터재를 순환시켰다. 이 경우, 스크러버 암이 스크루 위에서 회전하면서 부유형 입상 필터재를 스크루측으로 잘 밀어주어서 부유형 입상 필터재가 잘 순환하였다. 또한, 본체 하부의 스크래퍼는 입자상 물질이 부착되어 그 비중이 높아진 부유형 입상 필터재에서 입자상 물질이 탈리되지 않아 침전되면 스크래퍼가 부유형 입상 필터재와 충돌하여 입자상 물질을 탈리시켜 부유형 입상 필터재를 상승시켰다. 그 결과, 부유형 입상 필터재들이 원활하게 순환하면서 다량의 오폐수를 정화시킬 수 있었다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10. 본체
20. 부유성 입상 필터재
30. 오폐수 입구
40. 정화수 출구
50. 슬러지 배출구
60. 중공관
70. 스크루
80. 스크러버 암
90. 수위 감지기
95. 개폐 밸브
101. 경사면
201. 입자상 물질
501. 슬러지 스크래퍼
5011. 제1 스크래퍼부
5013. 제2 스크래퍼부
601. 중공관 하단
701. 스크루 하단

Claims (1)

100톤 내지 400톤의 오폐수를 수용하도록 적용된 본체,
상기 본체내에 수용되고, 상기 오폐수를 여과하여 정화수를 제공하도록 적용된 부유성 입상 필터재들,
상기 본체의 측면에 설치되어 상기 오폐수를 연속적으로 제공하는 오폐수 입구,
상기 오폐수 입구보다 높게 상기 측면에 설치되고, 상기 부유성 입상 필터재들과 대향하며 상기 정화수를 연속적으로 배출시키는 정화수 출구,
상기 본체의 바닥과 연통되어 상기 오폐수로부터 여과된 슬러지를 배출하는 슬러지 배출구,
상기 본체의 내부 중심에 설치되어 상기 측면과 이격되어 상하로 길게 뻗은 중공관,
상기 중공관 내부에 위치하는 스크루,
상기 스크루의 상부에 위치하여 상기 스크루와 동축 연결되고, 상기 정화수 출구보다 위에 위치하며, 상기 스크루의 회전 반경보다 큰 회전 반경을 가지고, 상기 스크루가 뻗은 방향과 직교하는 방향으로 뻗은 한 쌍의 암부재들을 포함하는 스크러버 암,
상기 본체 내부에 설치되어 상기 오폐수의 수위를 감지하도록 적용된 수위 감지기,
상기 정화수 출구에 설치되고, 상기 수위 감지기와 전기적으로 연결된 개폐 밸브, 및
상기 스크루의 하부에 위치하여 상기 스크루와 동축 연결되고, 상기 본체의 바닥과 대향하는 슬러지 스크래퍼(scraper)
를 포함하는 연속식 여과 장치의 연속식 여과 방법으로서,
상기 한 쌍의 암부재들 중 각 암부재는,
일방향으로 길게 뻗은 제1 암부, 및
상기 제1 암부와 연결되고, 상기 일방향과 직교하는 다른 방향을 따라 길게 뻗은 제2 암부
를 포함하고,
상기 연속식 여과 장치의 연속식 여과 방법은,
상기 본체에 상기 부유성 입상 필터재들을 충전하는 단계,
상기 정화수 출구를 닫고, 상기 오폐수 입구를 열어서 상기 오폐수 입구를 통하여 상기 본체에 상기 오폐수를 유입시키는 단계,
상기 오폐수를 상기 부유성 입상 필터재들 사이로 통과시켜서 상기 오폐수에 포함된 입자상 물질이 상기 부유성 입상 필터재에 부착되도록 유도하는 단계,
상기 스크루, 상기 스크러버 암 및 상기 스크래퍼를 함께 회전시키는 단계,
상기 스크러버 암이 상기 부유성 입상 필터재들을 눌러서 상기 부유성 입상 필터재들의 부상을 막으면서 상기 부유성 입상 필터재들을 상기 중공관의 내부로 하강시키고, 상기 스크루를 회전시켜 상기 입자상 물질을 상기 부유성 입상 필터재들로부터 탈리시키는 단계,
상기 입자상 물질이 상기 본체의 바닥 위에 침전되는 단계,
상기 부유성 입상 필터재들 중 상기 본체의 하부에 가라앉은 부유성 입상 필터재들이 상기 스크래퍼와 충돌하여 다시 부상되는 단계,
상기 침전된 입자상 물질을 상기 슬러지 배출구를 통해 배출시키는 단계,
상기 오폐수의 수위가 상기 스크러버 암의 설치 위치보다 높은 경우, 상기 수위 감지기가 상기 개폐 밸브에 개방 신호를 전송하는 단계,
상기 개폐 밸브가 개방되어 상기 정화수가 상기 정화수 출구를 통하여 상기 본체의 외부로 배출되는 단계, 및
상기 개방 신호의 수신 시간으로부터 기설정된 시간이 경과한 후 상기 개폐 밸브가 닫히는 단계
를 포함하고,
상기 입자상 물질을 상기 부유성 입상 필터재들로부터 탈리시키는 단계에서 상기 스크루와 상기 부유성 입상 필터재들의 평균 접촉 면적은 상기 스크러버 암과 상기 부유성 입상 필터재들의 평균 접촉 면적보다 큰 연속식 여과 방법.
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