KR101794743B1 - 분말 활성탄을 이용한 여과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말 활성탄을 이용한 여과 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여과조의 내부에 분말 활성탄 여과층을 형성하여 용해성 유기물, 인 및 기타 오염물질을 흡착하고 상기 여과조의 하부로 투입되는 분말 활성탄을 걸러내며, 상기 분말 활성탄에 흡착된 오염물질을 호기성 미생물을 이용하여 분해함으로써 처리수의 수질을 향상시킬 수 있는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치에 관한 것이다.

Description

분말 활성탄을 이용한 여과 장치{Filtration System By Use Of Powdered Activated Carbon}

본 발명은 분말 활성탄을 이용한 여과 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여과조의 내부에 하부로부터 유입되는 분말 활성탄에 의한 분말 활성탄 여과층(Powdered Activated Carbon Filter Bed)을 형성하여 용해성 유기물, 인 및 기타 오염물질을 흡착하고 상기 분말 활성탄에 흡착된 오염물질을 호기성 미생물을 이용하여 분해함으로써 처리수의 수질을 향상시킬 수 있는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치에 관한 것이다.

최근, 상수원의 오염이 갈수록 심하고, 앞으로 강화될 것으로 예상되는 수질기준에 따라 총유기탄소(TOC: Total Organic Carbon) 뿐만 아니라 색도, 맛, 냄새 등을 제거할 수 있는 수처리 장치가 요청되고 있다.

즉, 종래의 상수, 하수 또는 폐수를 처리하는 주요 공정은 물리 화학적 처리(단순 중력식 침전, 중화응집침전 혹은 부상분리 등 기타 공법)와 생물학적 처리(활성 슬러지공법, Media공법, SBR공법, A2O공법 등 기타 공법)로 이루어져 있으나, 용해성 유기물 특히 생물학적 분해가 어려운 용해성 유기물에 대해서는 한계가 있었다. 또한, 오존산화공법, 전기분해공법, 역삼투공법 등이 대안으로 제시되고 있으나, 상수처리의 경우 발암물질 등 독성물질이 생성되거나 미네랄 등 미세영양소까지 제거되는 문제와 시설비가 과다할 뿐만 아니라, 운전 및 유지 관리가 까다로운 단점이 있다.

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 활성탄을 이용하여 용해성 유기물, 인 등의 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 수처리 장치를 제공하기 위한 것이다. 일반적으로 여과에는 모래 여과와 섬유 여과 등이 사용되고 있으나 용해성 성분에 대한 처리가 어려웠다. 그러나 활성탄을 사용하면 활성탄의 흡착력을 이용하여 용해성 유기물, 인 및 기타 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다는 것이 알려져 있다.

활성탄은 석탄, 사탕수수 찌꺼기, 해초, 갈탄, 토탄, 볏집, 톱밥, 야자열매 껍질 등의 원료를 고온(1000℃)으로 탄화하고, 수증기 등으로 그 일부를 활성화한 것으로서, 다수의 미세공이 서로 연락된 내부구조를 갖는 탄소물질이다. 이러한 활성탄에 의한 흡착현상은 18세기 후반부터 알려져 왔지만, 활성탄이 공업적으로 생산되게 된 것은 제 1차 세계대전 전후부터이다. 활성탄의 흡착은 물리적인 것과 화학적인 것이 있는데 물리적 흡착이 주 흡착이다. 활성탄이 유기물 흡착에 탁월한 것은 잘 알려져 있는 것이지만, 계면활성제, 색도, 중금속, 잔류염소 제거에도 매우 유효하다.

한편, 활성탄은 입상 활성탄과 분말 활성탄으로 구분된다. 일반적으로 분말 활성탄이 입상 활성탄에 비해서 입자의 크기가 작기 때문에 흡착력이 우수하지만 흡착이 완료된 분말 활성탄을 회수하기 위한 공정이 복잡하여 대부분의 정수처리시설에서는 입상 활성탄만을 사용하고 있다.

도 9는 종래 기술에 따른 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치의 일 예를 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 생물학적 처리 혹은 물리 화학적 처리 방법에 의해 1차 처리가 완료된 처리수를 인입하여 활성탄과 교반에 의해 반응시키는 활성탄 반응조(10)와; 상기 활성탄 반응조(10)를 통과한 반응수를 교반에 의해 응집시키기 위한 응집조(20)와; 상기 응집조(20)를 통과한 폐수를 펌핑하기 위한 펌핑조(30)와; 상기 펌핑조(30)를 통과한 반응수로부터 활성탄을 분리하기 위한 섬유 여과기(40)와; 상기 섬유 여과기(40)를 통과한 물을 저장후 방류하는 최종 처리조(50)로 이루어진다.

따라서, 상기 활성탄 반응조(10)에서는 수중의 유기물외 기타 오염물질을 흡착하게 된다. 상기 활성탄 반응조(10)에서 오염물질 흡착 반응이 끝나면 이를 응집조(20)로 이동시키고, 상기 응집조(20)에서는 활성탄을 적당한 크기로 응집하여 나중에 적출이 용이하도록 한다. 그리고 응집공정이 마무리되면 펌핑조(30)로 이동하여 여과펌프에 의해서 섬유 여과기(40)로 진입하게 된다. 상기 섬유 여과기(40)에서는 활성탄이 통과하는 것을 막아 용해성 유기물이 포함된 활성탄이 걸러진 물만을 최종 처리수조(50)로 이송시킨다. 상기 최종 처리수조(50)의 하단에는 역세펌프(1)가 연결되어 있어 상기 역세펌프(1)를 이용하여 최종 처리수를 섬유 여과기(40)로 보내 섬유 여과기(40)에 붙어 있는 활성탄을 섬유 여과기(40)로부터 분리시킨다.

이와 같이, 종래 기술에 따른 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치는, 활성탄 반응조(10)에 분말 활성탄을 투입하여 원수와 교반 하여 수중의 오염물질이 분말 활성탄에 흡착되게 한다. 그리고 원수와 오염물질이 흡착된 분말 활성탄을 응집조(20)에서 약품을 투입하여 응집시킨 후 섬유 여과기(40)를 이용하여 분말 활성탄을 걸러내는 것을 특징으로 한다.

그러나 종래 기술에 따른 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치는, 활성탄 반응조(10)로 투입되는 분말 활성탄이 응집조(20)를 거쳐 섬유 여과기(40)로 이동하기 때문에 섬유 여과기(40)에서 분리하지 못한 분말 활성탄이 처리수에 포함되어 외부로 배출되는 문제가 있다.

또한, 종래 기술에 따른 분말 활성탄을 이용한 흡착 반응장치는, 물속에 함유된 활성탄 분말과 오염물질을 교반에 의해 흡착시킬 경우 흡착효율이 매우 낮고, 흡착이 완료된 분말 활성탄을 응집제를 이용하여 응집시킨 후 분리하기 때문에 다량의 응집제 사용으로 비용이 많이 드는 문제가 있었다.

(0001) 대한민국 특허등록 제10-0483694호(등록일: 2005.04.07.)

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 주된 목적은, 여과조의 내부에 일정한 두께의 분말 활성탄 여과층(Powdered Activated Carbon Filter Bed)을 형성하는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 여과조의 내부에 미세 스크린판을 설치하여 여과조로 투입되는 분말 활성탄을 걸러냄으로써 일정한 두께의 분말 활성탄 여과층을 형성시켜 처리수에 분말 활성탄이 포함되는 것을 막을 수 있는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 흡착이 완료된 분말 활성탄을 응집제를 사용하지 않고 분리함으로써 비용을 절감할 수 있는 효율적인 분말 활성탄을 이용한 여과 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 여과조의 내부에 원수의 상향 류와 공기방울의 부력을 이용하여 분말 활성탄 여과층을 형성하는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 여과조의 내부에 형성된 분말 활성탄 여과층을 이용하여 원수에 포함된 유기물, 색도, 맛, 냄새 등의 오염물질을 제거할 수 있는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 여과조의 내부에 형성된 분말 활성탄 여과층을 역세척할 수 있는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과 장치는,

일정 크기의 내부공간을 갖는 여과조와, 상기 여과조의 내부로 오염물질이 포함된 원수를 주입하기 위한 원수 유입관과, 상기 여과조의 내부로 분말 활성탄을 투입하기 위한 분말 활성탄 투입관과, 상기 여과조의 내부로 공기를 공급하기 위한 공기 공급관이 구비된 분말 활성탄을 이용한 여과 장치에 있어서,

상기 여과조의 내부에 상기 분말 활성탄 투입관을 통해 투입되는 분말 활성탄이 통과하지 못하는 크기의 관통 홀이 구비된 미세 스크린판을 수평으로 설치하여 상기 미세 스크린판의 하부에 상기 관통 홀을 통과하지 못한 분말 활성탄이 일정한 두께로 적층 되어 이루어지는 분말 활성탄 여과층을 포함하되,

상기 분말 활성탄 여과층은, 상기 여과조의 내부로 투입되는 분말 활성탄을 걸러내고, 원수에 포함된 오염물질을 흡착하며, 분말 활성탄에 흡착된 유기물을 호기성 미생물의 분해작용으로 제거하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 여과조의 내부에 설치된 미세 스크린판은 상기 여과조의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 구획하고, 상기 상부공간에는 상기 미세 스크린판과 분말 활성탄 여과층을 통과한 미세분말 활성탄과 오염물질이 통과하지 못하는 다수의 여과패널이 구비된 분말 활성탄 회수장치가 더 설치된다.

상기 분말 활성탄 회수장치에는 오염물질이 제거된 처리수가 배출되는 처리수 배출관이 연결된다.

상기 분말 활성탄 회수장치는 상기 여과조의 상부공간에 수평으로 설치되어 회전하는 중공회전축과, 상기 중공회전축의 외주 면에 설치되는 다수의 여과패널을 포함하여 이루어진다.

상기 여과패널은 다수의 조각패널로 분리되고, 각 조각패널의 외부에는 분말 활성탄이 통과하지 못하는 극세 섬유여과포가 씌워진다.

상기 여과패널의 외 측면에는 상기 여과패널에 부착되어 있는 분말 활성탄을 분리시키기 위한 스크레이퍼가 밀착되게 설치된다.

상기 여과조의 내부에는 상기 여과조의 내부에 형성된 분말 활성탄 여과층을 세척하기 위한 분사노즐이 더 설치된다.

본 발명에 따르면, 원수의 상향류와 공기방울의 부력에 의해서 여과조의 중간 부분에 일정한 두께의 분말 활성탄 여과층(Powdered Activated Carbon Filter Bed)을 형성함으로써 원수에 포함된 오염물질을 흡착할 뿐만 아니라 미세 분말 활성탄을 걸러냄으로써 처리수에 오염물질이나 분말 활성탄이 포함되지 않도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 분말 활성탄 여과층을 통과한 미세분말 활성탄을 분말 활성탄 회수장치의 여과패널을 이용하여 다시 한 번 더 걸러냄으로써 원수에 오염물질과 분말 활성탄이 포함되지 않도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 여과조의 중간 부분에 일정한 두께의 분말 활성탄 여과층을 이용하여 오염물질을 흡착함과 아울러 호기성 미생물을 이용하여 생물학적으로 분해함으로써 총유기탄소(TOC: Total Organic Carbon) 뿐만 아니라 색도, 맛, 냄새 등을 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 여과조에 형성되는 분말 활성탄 여과층과 상기 여과조의 상부공간에 설치되는 분말 활성탄 회수장치에 의해서 원수에 포함된 오염물질과 분말 활성탄을 제거하기 때문에 응집제 등 약품을 사용하지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 원수에 포함된 유기물, 색도, 맛, 냄새 등의 오염물질을 제거하면서도 용존산소 함량이 높고 원수에 포함되어 있는 미네랄 등 미세영양소가 천연 그대로 보전되는 신선한 물을 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과 장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 여과패널의 구조를 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명에 따라 외 측면에 스크레이퍼가 설치된 여과패널을 보여주는 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과 장치의 작용을 보여주는 설명도,
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과 장치의 작용을 보여주는 설명도,
도 9는 종래 기술에 따른 분말 활성탄을 이용한 흡착 장치를 보여주는 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과 장치의 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과 장치(1)는, 일정한 크기의 내부공간을 갖는 여과조(3)와, 상기 여과조(3)의 내부에 형성된 분말 활성탄 여과층(5)을 포함한다. 상기 분말 활성탄 여과층(5)은 분말 활성탄이 일정한 두께로 적층 되어 이루어진다.

오염물질이 포함된 원수는 상기 여과조(3)의 내부로 유입된다. 그리고 원수에 포함된 오염물질은 상기 분말 활성탄 여과층(5)을 통과하면서 흡착된다. 여기서 흡착(Adsorption)은 부유물과 유기물이 다공질인 분말 활성탄의 표면에 흡착되거나 내부로 빨아들여 그 구멍 내부의 농도가 표면(계면)의 농도보다 짙은 상태에서 안정화(흡착평형)되는 성질을 말한다. 양질의 활성탄은 1000 내지 1500㎡/g 정도의 표면적을 가지고 있으므로 흡착력도 매우 크다.

상기 여과조(3)의 하단에는 원수 유입관(7), 분말 활성탄 투입관(9) 및 공기 공급관(11)이 구비된다. 상기 원수 유입관(7)은, 오염물질이 포함된 원수를 여과조(3)의 내부로 공급하고, 상기 분말 활성탄 투입관(9)은 미세 분말 활성탄을 여과조(3)의 내부로 공급한다. 그리고 공기 공급관(11)은 여과조(3)의 내부로 압축 공기를 공급한다. 이들을 모두 여과조(3)의 하단에 구비함으로써 장치의 구조를 단순하게 할 수 있다.

그리고 상기 여과조(3)의 내부 가운데에는 미세 스크린판(6)이 설치된다. 상기 미세 스크린판(6)은 여과조(3)의 내부공간에 수평으로 설치되어 상부공간(2a)과 하부공간(2b)으로 구획한다. 상기 미세 스크린판(6)은 상기 여과조(3)의 내부로 공급되는 분말 활성탄이 통과할 수 없는 크기의 관통 홀(61)을 구비한다.

그리고 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)에는 미세 스크린판(6)을 통과한 미세분말 활성탄과 오염물질을 흡착하기 위한 분말 활성탄 회수장치(20)가 구비된다. 즉, 상기 여과조(3)의 하부공간(2b)으로 투입된 분말 활성탄의 대부분은 상기 미세 스크린판(6)에 걸려서 상부공간(2a)으로 이동하지 못하지만 입경이 작은 미세분말 활성탄의 일부는 상기 미세 스크린판(6)의 관통 홀(61)을 통과하여 상부공간(2a)으로 이동할 수 있다.

따라서 상기 상부공간(2a)에 설치된 상기 분말 활성탄 회수장치(20)는 미세 스크린판(6)을 통과한 미세분말 활성탄과 오염물질을 흡착하여 처리수에 포함되지 않도록 한다.

이어, 상기 분말 활성탄 회수장치(20)에는 처리수 배출관(15)이 연결된다. 즉, 상기 분말 활성탄 회수장치(20)를 통과한 처리수는 상기 처리수 배출관(15)을 통해서 외부로 배출된다.

한편, 상기 여과조(3)의 하부공간(2b)으로 투입된 분말 활성탄은 원수의 상향류와 공기방울에 의해서 상부로 이동한다. 그러나 상기 여과조(3)의 하부공간(2b)에서 상부로 이동하는 분말 활성탄은 여과조(3)의 내부에 설치된 미세 스크린판(6)에 의해 막혀서 더 이상 이동하지 못한다. 따라서 상기 여과조(3)의 하부공간(2b)으로 투입되는 분말 활성탄은 미세 스크린판(6)의 하부에 쌓이게 된다. 이와 같이, 상기 미세 스크린판(6)의 하부에 분말 활성탄이 일정한 두께로 적층 되면 본 발명의 분말 활성탄 여과층(5)이 형성되게 된다.

상기 분말 활성탄 여과층(5)은 원수의 상향류와 공기방울에 의해서 상기 미세 스크린판(6)의 하면에 밀착된다. 상기 분말 활성탄 여과층(5)은 분말 활성탄 자체에 형성되는 1차 기공과 상기 분말 활성탄 여과층(5)을 구성하는 분말 활성탄 사이에 형성되는 2차 기공으로 이루어진다. 특히, 원수의 상향류와 공기방울이 상기 분말 활성탄 여과층(5)을 하부에서 상부로 가압하기 때문에 분말 활성탄 사이에 형성되는 2차 기공의 크기도 매우 작다. 따라서 상기 여과조(3)의 하부공간(2b)으로 투입되는 분말 활성탄은 상기 분말 활성탄 여과층(5)을 그대로 통과하기 어렵다. 즉, 상기 분말 활성탄 여과층(5)은 원수에서 분말 활성탄을 분리하는 스크린의 기능을 수행한다.

또한, 상기 분말 활성탄 여과층(5)은 원수에 포함되어 있는 오염물질을 흡착하는 역할을 한다. 즉, 오염물질이 분말 활성탄 여과층의 1차 기공과 2차 기공의 내부로 들어가 그 구멍 내부의 농도가 표면(계면)의 농도보다 짙은 상태에서 안정화된다.

또한, 상기 분말 활성탄 여과층(5)은 분말 활성탄에 흡착된 용해성 유기물을 호기성 미생물을 이용하여 분해한다. 즉, 분말 활성탄 여과층(5)은 공기 공급관(11)으로 공급되는 공기에 의해서 호기 상태가 조성된다. 따라서 상기 분말 활성탄 여과층(5)에서는 호기성 미생물이 활성화되어 원수에 포함된 오염물질을 제거할 수 있다.

그리고 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)으로 유출되는 미세분말 활성탄과 오염물질은 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)에 설치되어 있는 분말 활성탄 회수장치(20)에 의해서 제거된다. 즉, 상기 분말 활성탄 회수장치(20)는 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)으로 유출되는 미세분말 활성탄과 오염물질이 통과할 수 없는 크기의 극세 섬유여과포가 씌워진 여과패널을 포함한다. 그리고 상기 분말 활성탄 회수장치(20)의 여과패널을 통과한 처리수는 상기 처리수 배출관(15)을 통해서 외부로 배출된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과 장치(1)는, 원수가 유입되는 여과조(3)의 내부에 일정한 두께로 분말 활성탄 여과층(5)을 형성하여 분말 활성탄과 원수에 포함된 오염물질을 흡착하고 호기성 미생물을 이용하여 유기성 물질을 분해하는 것을 특징으로 한다.

이를 위해서, 본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과 장치(1)는, 상기 여과조(3)의 내부에 미세 스크린판(6)을 설치하고, 상기 여과조(3)의 하부공간(2b)의 하단에는 원수를 공급하기 위한 원수 주입관(7), 분말 활성탄을 투입하기 위한 분말 활성탄 투입관(9) 그리고 공기를 공급하기 위한 공기 공급관(11)이 설치된다. 그리고 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)에는 별도로 분말 활성탄 회수장치(20)를 설치하여 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)으로 유출되는 미세분말 활성탄과 오염물질을 제거하여 깨끗한 처리수만을 외부로 배출한다.

더욱 구체적으로, 다시 도 1을 참조하면, 상기 여과조(3)는 일정한 크기의 내부공간을 갖는 탱크구조이다. 상기 여과조(3)의 하단부는 호퍼 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 여과조(3)의 하단에는 원수 유입관(7), 분말 활성탄 투입관(9), 공기 공급관(11) 그리고 슬러지 배출관(13)이 구비된다. 바람직하게, 이들은 상기 여과조(3)의 하단에 설치되어 있는 메인 관(12)에 각각 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 메인 관(12)은 여과조(3)의 하단에서 하부로 일정 길이 연장된다. 그리고 원수 유입관(7)은 상기 메인 관(12)의 일 측면에 연결된다. 따라서 원수 유입관(7)을 통해서 유입되는 원수는 메인 관(12)을 통해 상기 여과조(3)의 내부로 유입된다.

상기 분말 활성탄 투입관(9)도 상기 메인 관(12)의 일 측면에 연결된다. 상기 분말 활성탄 투입관(9)은 상기 원수 유입관(7)의 상부에 설치된다. 따라서 상기 분말 활성탄 투입관(9)을 통해서 투입되는 분말 활성탄은 상기 메인 관(12)으로 유입된 후 상기 원수 유입관(7)을 통해서 유입되는 원수의 상향류에 의해서 여과조(3)의 내부로 유입된다.

상기 공기 공급관(11)은 상기 메인 관(12)의 타 측면에 연결된다. 상기 공기 공급관(11)은 상기 분말 활성탄 투입구(9)의 하부에 위치하도록 설치된다. 따라서 상기 공기 공급관(11)에서 공급되는 공기는 다량의 공기방울을 형성시켜서 상기 분말 활성탄 투입구(9)를 통해 투입되는 분말 활성탄을 이송시켜서 여과조(3)의 내부로 유입시킨다.

또한, 상기 메인 관(12)의 하단에는 슬러지 배출관(13)이 구비된다. 상기 슬러지 배출관(13)은 상기 여과조(3)의 하부공간(2b) 내의 분말 활성탄과 오염물질을 원수유입이 차단된 상태에서 침전시켜서 외부로 배출한다.

그리고 상기 원수 유입관(7), 공기 공급관(11) 그리고 슬러지 배출관(13)에는 도시되지 않은 밸브 및 펌프가 구비될 수 있다. 또한, 상기 분말 활성탄 투입관(9)에는 밸브 및 압축공기를 이용한 분말활성탄 이송장치 등이 구비될 수 있다.

이와 같이, 상기 원수 유입관(7), 분말 활성탄 투입관(9), 공기 공급관(11) 그리고 슬러지 배출관(13)을 메인 관(12)에 연결하면, 구조가 단순하게 될 뿐만 아니라 상기 메인 관(12) 내에서 원수와 분말 활성탄의 교반이 일어날 수 있다. 그러나 원수 유입관(7), 분말 활성탄 투입관(9), 공기 공급관(11) 그리고 슬러지 배출관(13)이 반드시 이러한 구조로 이루어져야 하는 것은 아니다. 따라서 상기 원수 유입관(7), 분말 활성탄 투입관(9), 공기 공급관(11) 그리고 슬러지 배출관(13)이 상기 여과조(3)의 하단에 각각 연결되는 것도 가능하다. 아울러, 상기 공기 공급관(11)은 상기 여과조(3)의 내부에 설치되는 것도 가능하다.

이어, 상기 여과조(3)는 내부에는 미세 스크린판(6)이 설치된다. 상기 미세 스크린판(6)은 하부공간(2b)으로 투입된 분말 활성탄이 통과할 수 없는 크기의 관통 홀(61)이 형성된다. 그리고 상기 미세 스크린판(6)은 도시되지 않은 지지프레임에 의해서 상기 여과조(3)에 고정된다.

이어서, 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)에는 분말 활성탄 회수장치(20)가 설치된다. 상기 분말 활성탄 회수장치(20)는, 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 여과조(3)의 상부공간(2a) 내에 회전가능하게 설치되는 중공회전축(22)과, 상기 중공회전축(22)의 외주 면에 일정한 간격으로 설치되는 다수의 여과패널(24)과, 상기 중공회전축(22)을 회전시키는 구동수단(26)을 포함하여 이루어진다. 그리고 상기 중공회전축(22)의 일 단에는 처리수 배출관(15)이 연결된다.

도 1 및 2를 참조하면, 상기 여과패널(24)은 내부가 빈 중공의 원판형으로, 내부에는 일정한 공간을 형성하기 위한 패널프레임이 설치되고, 상기 패널프레임의 외부에는 분말 활성탄이 통과할 수 없는 크기의 극세 섬유여과포가 씌워진다.

또한, 상기 여과패널(24)은 다수 개의 패널조각(24a)으로 분리될 수 있다. 상기 패널조각(24a)은 삼각형(피자 조각)의 형상으로 이루어진다. 그리고 상기 패널조각(24a)의 하단은 상기 중공회전축(22)에 형성된 개구부(23)에 삽입되어 상기 중공회전축(22)과 연통하도록 한다. 또한, 각각의 패널조각(24a)은 이웃하는 패널조각(24a)과 결합할 수 있는 도시되지 않은 결합구조를 구비한다. 따라서 다수 개의 패널조각(24a)을 결합하면 원판형의 여과패널(24)이 형성된다.

그리고 상기 구동수단(26)은 상기 중공회전축(22)을 회전시킨다. 상기 중공회전축(22)이 회전하면 그 외부 면에 고정된 다수의 여과패널(24)이 함께 회전한다.

상기 처리수 배출관(15)의 후단에는 낙차가 있는 배출수로가 구비된다. 따라서 상기 중공회전축(22)과 여과패널(24)의 내부에 부(-)압이 형성된다. 이 부압은 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)에 있는 원수를 여과패널(24)의 내부로 흡입한다. 그러면 상기 여과패널(24)을 통과하지 못하는 분말 활성탄과 오염물질은 상기 여과패널(24)의 표면에 쌓이고 상기 여과패널(24)을 통과하는 처리수는 처리수 배출관(15)을 통해서 외부로 배출된다.

그리고 상기 여과패널(24)의 측면에는 스크레이퍼(27)가 설치된다. 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 스크레이퍼(27)는 여과패널(24)에 부착된 분말 활성탄과 오염물질을 분리시킨다. 그리고 상기 스크레이퍼(27)에 의해서 분리된 분말 활성탄은 도시되지 않은 배출펌프에 의해 여과조(3)의 외부로 배출된다.

또한, 상기 여과패널(24)은 주기적으로 교체하거나 세척할 수 있다. 즉, 여과패널(24)은 다수의 패널조각(24a)으로 이루어져 있기 때문에 이들 패널조각(24a)을 분리함으로써 상기 여과패널(24)을 용이하게 분리할 수 있다. 그리고 상기 여과패널(24)의 표면에 부착되어 있는 분말 활성탄과 오염물질을 제거하여 여과효율을 높이고 여과패널의 수명을 연장시키는 역할을 한다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과 장치의 작용을 보여준다. 도시된 바와 같이, 오염물질이 포함된 원수는 상기 여과조(3)의 하단에 설치된 원수 유입관(7)을 통해서 상기 여과조(3)의 하부공간(2b)로 유입된다.

또한, 분말 활성탄은 상기 여과조(3)의 하단에 설치된 분말 활성탄 투입관(9)을 통해서 상기 여과조(3)의 하부공간(2b)으로 유입된다. 상기 분말 활성탄 투입관(9)을 통해 투입된 분말 활성탄은 원수의 상향류를 따라 상부로 이동한다.

그리고 공기는 상기 여과조(3)의 하단에 설치된 공기 공급관(11)을 통해서 상기 여과조(3)의 하부공간(2b)으로 유입된다. 상기 공기 공급관(11)에서 공급되는 공기는 다량의 공기방울을 형성하여 상기 분말 활성탄을 부상시킨다.

그리고 원수의 상향류와 공기방울을 따라 상부로 이동한 분말 활성탄은 상기 미세 스크린판(6)의 하부에 쌓이게 된다. 그리고 상기 미세 스크린판(6)의 하부에 일정한 두께로 분말 활성탄이 쌓이면 본 발명의 분말 활성탄 여과층(5)이 형성된다.

상기 분말 활성탄 여과층(5)은 다량의 분말 활성탄이 적층 되어 있으므로 다양한 크기의 기공을 형성한다. 바람직하게 상기 분말 활성탄 여과층(5)은 상기 미세 스크린판(6)보다 더 작은 크기의 기공을 형성할 수 있다.

따라서 상기 여과조(3)의 하부공간(2b)으로 투입되는 분말 활성탄과 원수에 포함된 오염물질은 상기 분말 활성탄 여과층(5)에 흡착된다. 또한, 상기 분말 활성탄 여과층(5)은 공기 주입구(11)에서 주입되는 공기에 의해 용존산소가 높아져 호기성 미생물이 활성화되므로 분말 활성탄에 흡착되어 있는 유기물을 생물학적으로 분해한다. 즉, 상기 분말 활성탄 여과층(5)은 물리적인 흡착뿐만 아니라 생물학적인 작용으로 유기물을 제거한다.

이어, 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)으로 유출되는 미세분말 활성탄과 오염물질은 분말 활성탄 회수장치(20)에 의해서 제거된다. 즉, 대부분의 분말 활성탄은 상기 분말 활성탄 여과층(5)을 통과하지 못하지만 일부 미세분말 활성탄은 상기 분말 활성탄 여과층(5)을 통과하여 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)으로 유출될 수도 있다.

이때 상기 분말 활성탄 회수장치(20)는 중공회전축(22)을 중심으로 서서히 회전한다. 그러면 상기 중공회전축(22)에 설치된 다수의 여과패널(24)이 원수 속에서 회전한다. 이때 처리수 배출관(15)은 여과조 수위보다 현저히 낮게 설치된 배출수로와 연결되므로, 상기 중공회전축(22)과 여과패널(24)에 차압이 생겨서 여과조(3)의 상부공간(2a) 내의 원수가 여과패널(24) 내부로 흡입된다.

그리고 상기 원수에 포함된 분말 활성탄과 오염물질은 상기 여과패널(24)에 씌워져 있는 극세 섬유여과포에 의해서 걸러지고 깨끗한 처리수만 상기 중공회전축(22)을 통해 처리수 배출관(15)으로 배출된다.

그리고 상기 여과패널(24)에 부착된 분말 활성탄과 오염물질은 상기 여과패널(24)의 측면에 밀착되게 설치된 스크레이퍼(27)에 의해서 분리된다. 분리된 오염물질은 배출펌프를 통해서 외부로 배출된다. 또한, 상기 여과패널(24)은 주기적으로 분리하여 세척하거나 교체할 수 있다.

아울러, 상기 여과조(3)의 분말 활성탄 여과층(5)이 일정한 두께를 초과하면 더 이상 분말 활성탄을 주입하지 않을 수 있다. 또한, 시간이 경과 하여, 상기 분말 활성탄 여과층(5)의 흡착 능력이 저하되면, 원수 및 공기의 공급을 중단하고, 상기 분말 활성탄 여과층(5)을 붕괴시켜 침전 후 슬러지 배출관(13)을 통해 외부로 배출시킨다.

그리고 상기 여과조(3)의 상부공간(2a)에는 다수의 분사노즐(40)이 더 구비된다. 상기 분사노즐(40)은 상기 여과조(3)의 내부에 세척수를 분사하여 상기 분말 활성탄 여과층(5)을 세척하는 역할을 한다.

이어, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과 장치(1)의 작용을 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 분말 활성탄을 이용한 여과장치(1), 상기 여과조(3)의 내부에 원수를 일정한 높이로 채우는 원수충전단계; 상기 원수가 채워진 여과조(3)의 내부에 분말활성탄을 공급하여 일정한 두께로 분말 활성탄 여과층(5)을 형성하는 여과층형성단계; 상기 분말 활성탄 여과층(5)이 형성된 상기 여과조(3)의 내부로 오염물질이 포함된 원수를 공급하여 흡착시키고 상기 공기 공급관(11)을 통해 공급되는 산소로 호기성 미생물을 활성화시켜서 상기 분말 활성탄 여과층(5)에 흡착된 유기물을 분해하는 흡착단계; 상기 분말 활성탄 여과층(5)을 제거하고 세척하는 세척단계;를 포함하여 이루어진다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 여과조(3)의 하단에 설치된 원수 공급관(7)을 열어 미세 스크린판 높이까지 채운다.

이어, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 분말 활성탄 투입관(9) 및 공기 공급관(11)을 개방하여, 상기 여과조(3)의 내부로 분말 활성탄 및 공기를 공급한다. 그러면 상기 여과조(3)의 내부로 투입된 분말 활성탄은 부력과 공기방울에 의해서 상부로 이동한다. 이때, 상기 미세 스크린판(6)의 하면에 도달한 분말 활성탄의 대부분은 상기 미세 스크린판(6)의 하부에 쌓여서 분말 활성탄 여과층(5)을 형성한다.

이어서, 상기 미세 스크린판(6)의 하부에 일정한 두께의 분말 활성탄 여과층(5)이 형성될 수 있는 분량으로 분말활성탄 주입이 끝나면, 도 7에서 보는 바와 같이, 미세분말 활성탄의 공급은 중지하고, 상기 원수 공급관(7)을 통해 오염물질이 포함된 원수를 유입시킨다. 그러면 원수가 분말 활성탄 여과층(5)을 통과하는 동안에 원수에 포함된 오염물질이 흡착되게 된다. 이때, 분말 활성탄은 분말 활성탄 여과층(5)의 두께에 따라 추가 투입이 될 수도 있다.

이때, 상기 여과조(3)의 내부는 상기 공기 공급관(11)에서 공급하는 산소에 의해서 호기성 상태가 유지된다. 그래서 호기성 미생물이 활성화되어 상기 분말 활성탄 여과층(5)에 흡착되어 있는 유기물을 미생물의 분해작용으로 제거한다.

끝으로, 일정한 시간 동안 상기 분말 활성탄 여과층(5)의 오염물질 흡착이 계속되면 분말 활성탄의 흡착능력이 떨어지게 된다. 그러면 도 8에서 보는 바와 같이, 상기 원수 공급관(7)과 분말 활성탄 투입관(9) 및 공기 공급관(11)을 폐쇄하여 분말활성탄이 하부로 침전되도록 일정시간 지연 후 침전된 분말 활성탄을 배출하기 위해 상기 슬러지 배출관(13)을 개방한다. 그리고 상기 여과조(3)의 내부에 설치된 분사노즐(40)을 통해서 세척수를 분사함으로써 상기 미세 스크린판(6)에 부착되어 있는 분말 활성탄을 제거한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 원수의 상향류와 함께 공기 공급관에서 공급되는 공기방울의 부력을 이용하여 여과조의 중간 부분에 일정한 두께의 분말 활성탄 여과층(Powdered Activated Carbon Filter Bed)을 형성함으로써 원수에 포함된 오염물질을 흡착할 뿐만 아니라 미세 분말 활성탄을 걸러냄으로써 처리수에 오염물질이나 분말 활성탄이 포함되지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 분말 활성탄 여과층을 통과하여 유출되는 미세분말 활성탄을 분말 활성탄 회수장치의 여과패널을 이용하여 다시 한번 더 걸러냄으로써 처리수에 오염물질과 분말 활성탄이 포함되지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 여과조의 중간 부분에 일정한 두께의 분말 활성탄 여과층을 이용하여 오염물질을 흡착함과 아울러 호기성 미생물을 이용하여 생물학적으로 분해함으로써 총유기탄소(TOC: Total Organic Carbon) 뿐만 아니라 색도, 맛, 냄새 등을 제거할 수 있다.

1: 여과 장치 2a: 상부공간
2b: 하부공간 3: 여과조
5: 분말 활성탄 여과층 6: 미세 스크린판
7: 원수 유입관 9: 분말 활성탄 투입관
11: 공기 공급관 12: 메인 관
13: 슬러지 배출관 15: 처리수 배출관
20: 분말 활성탄 회수장치 22: 중공회전축
24: 여과패널 27: 스크레이퍼
28: 극세 섬유여과포

Claims (10)

1. 일정 크기의 내부공간을 갖는 여과조와;
   상기 여과조의 내부에 수평으로 설치되어 상기 여과조의 내부공간을 상부공간과 하부공간으로 구획하며 분말 활성탄이 통과하지 못하는 다수의 관통 홀이 구비된 미세 스크린판과;
   상기 여과조의 하부공간으로 오염물질이 포함된 원수를 주입하기 위한 원수 유입관과;
   상기 여과조의 하부공간으로 분말 활성탄을 투입하기 위한 분말 활성탄 투입관과;
   상기 여과조의 하부공간으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급관과;
   상기 원수 유입관에서 공급되는 원수 및 상기 공기 공급관에서 공급되는 공기의 부상압력에 의해 상기 분말 활성탄 투입관을 통해 상기 여과조의 하부공간으로 투입되는 분말 활성탄이 상기 미세 스크린판의 관통 홀을 통과하지 못한 상태에서 일정한 부상압력을 받아서 상기 미세 스크린판의 하부에 일정한 두께로 형성하는 분말 활성탄 여과층과;
   상기 여과조의 상부공간에 설치되고 상기 미세 스크린판을 통과한 미세분말 활성탄과 오염물질을 분리하여 회수하기 위한 분말 활성탄 회수장치와;
   상기 분말 활성탄 회수장치와 연결되어 분말 활성탄과 오염물질이 제거된 처리수를 외부로 배출시키는 처리수 배출관;을 포함하여 이루어지되,
   상기 분말 활성탄 여과층은, 원수에 포함된 오염물질을 흡착함과 아울러 호기성 미생물의 분해 작용으로 유기성 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치.
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3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 분말 활성탄 회수장치는 상기 여과조의 상부공간에 수평으로 설치되어 회전하는 중공회전축과, 상기 중공회전축의 외주 면에 설치되는 다수의 여과패널을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 여과패널은 다수의 조각패널로 분리되고, 각 조각패널의 외부에는 미세분말 활성탄이 통과하지 못하는 크기의 극세 섬유여과포가 씌워지는 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 여과패널의 외 측면에는 상기 여과패널에 부착되어 있는 분말 활성탄을 분리시키기 위한 스크레이퍼가 밀착되게 설치되는 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 여과조의 내부에는 상기 여과조의 내부에 형성된 분말 활성탄 여과층을 세척하기 위한 분사노즐이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 분말 활성탄을 이용한 여과 장치.
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