KR101912781B1 - 고속 여과형 대용량 여과장치 - Google Patents

고속 여과형 대용량 여과장치

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KR101912781B1
KR101912781B1 KR1020160123040A KR20160123040A KR101912781B1 KR 101912781 B1 KR101912781 B1 KR 101912781B1 KR 1020160123040 A KR1020160123040 A KR 1020160123040A KR 20160123040 A KR20160123040 A KR 20160123040A KR 101912781 B1 KR101912781 B1 KR 101912781B1
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Abstract

본 발명은 원수를 유입시키는 원수 메인 배관(210)과; 상기 원수 메인 배관(210)에 연결되어 원수 메인 배관(210)으로 유입되는 원수에 응집제를 순간 혼화시켜 응집입자를 순간성장시키는 라인믹서(20)와; 상기 라인믹서(20) 후단에서 원수 메인 배관(210)에 원수 유입관(4)이 연결되는 섬유 여과기(10)와; 상기 섬유 여과기(10)의 여과수 배출관(5)이 연결되어 여과수를 배수시키는 여과수 배수관(60)으로; 구성되어 원수 메인 배관(210)에 응집제 투입시에 라인믹서(20)로 원수에 포함된 응집제를 순간 혼화하여 응집입자를 성장시킨 후, 상기 섬유 여과기(10)로 여과하는 것을 특징으로 하는 고속 여과형 대용량 여과장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하여 상기 선등록 특허번호 10-1091092, 선등록특허 등록번호 10-1529272을 개선하여 동일 공간에서 여과 용량을 증가시키는 고속 여과형 대용량 여과장치가 제공되는 이점이 있다.

Description

고속 여과형 대용량 여과장치{High speed and high capacity filtering apparatus}
본 발명은 원수를 유입시키는 원수 메인 배관과; 상기 원수 메인 배관에 연결되어 원수 메인 배관으로 유입되는 원수에 응집제를 순간 혼화시키는 라인믹서와; 상기 라인믹서 후단에서 원수 메인 배관에 원수 유입관이 연결되는 섬유 여과기와; 상기 섬유 여과기의 여과수 배출관이 연결되어 여과수를 배수시키는 여과수 배수관으로; 구성되어, 원수 메인 배관에 응집제 투입시에 라인믹서로 원수에 포함된 응집제를 순간 혼화하여 응집입자를 성장시킨 후, 상기 섬유 여과기로 여과하는 것을 특징으로 하는 고속 여과형 대용량 여과장치에 관한 것이다.
일반적으로 표류수, 복류수, 지하수, 해수나 오ㆍ하ㆍ폐수 방류수 등에 포함된 부유물질 및 콜로이드 등의 탁도 유발물질 및 조류ㆍ원생동물 등과 같이 어느 정도 그 크기가 큰 미생물 등의 불순물을 제거하기 위해서 다양한 정수 처리 기술들이 사용되고 있는데, 이러한 기술로서 화학응집침전 후 모래여과처리 기술, 화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술, 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술이 있다.
일반적인 정수처리과정은 취수원으로부터 취수된 원수를 혼화지에서 응집제 등을 투입하여 원수와 응집제가 급속 혼화되도록 하며, 혼화된 물은 응집지로 이동되어 플록(Floc)이 형성되도록 교반되고 침전지로 이동되어 물과 현탁입자들을 분리시키기 위한 침전과정을 거치게 되고, 침전 후 여과처리된다.
따라서, 일반적인 정수 처리 장치는 원수유입관으로부터 유입된 원수를 일시 수용하며 응집제 등이 투입되는 혼화조와, 혼화조에 연결되는 응집조와, 응집조의 둘레영역에 형성되는 침전조와, 침전조의 하측에 형성되는 여과조와, 여과조와 상호 연통되도록 형성되어 여과조로부터 여과된 정수를 일시 수용하는 정수저장조를 포함하여 구성된다.
이러한 정수 장치를 이용해서 혼화조, 응집조, 침전조, 및 여과조를 거쳐서 4 단계 공정으로 처리할 경우, 넓은 부지와, 막대한 설비 투자비와 건설비, 운전유지비 등이 소요되는 될 뿐만 아니라, 상기 4단계의 정수 처리공정에는 300분 이상의 장시간이 소요되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 공정을 정수 처리 공정을 2단계의 응집 및 여과공정으로 간략화하여 정수처리 시간을 단축시킬 뿐만 아니라, 정수 설비 건설과 설비비용, 부지면적, 유지 관리비용 등을 절감하기 위한 노력이 시도되고 있는데, 이러한 노력은 화학응집침전 후 모래여과처리 기술, 화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술, 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술로 구분할 수 있는데 이는 다음과 같다.
상기 화학응집침전 후 모래여과처리 기술은 도 16에 도시된 바와 같이 화학응집제를 사용하여, 물에 포함된 불순물을 플록으로 응집시키고 침전조(220)로 유입하여, 이들 플록을 침전조(220)에서 1차 제거한 상장수를 후단의 모래여과기(230)에 유입하여, 잔존한 탁도 유발물질을 제거하는 가장 일반적인 기술이다.
이 기술은 상기 여과조를 모래여과기(230)로 사용하는 기술로서, 이 기술의 장점은 교과서적인 방법으로 일반적인 운전자에게 익숙한 공정일 뿐 아니라 현재까지는 원수 수질 등 주변 환경 변화에 따른 운전조건이 가장 많이 확립되어 있는 까닭에 운전 불량 원인 및 그 원인을 제거하기 위한 조치가 일반화되어 있다는 것이다.
그러나, 화학응집시 대부분의 불순물을 플록으로 응집시키기 위하여 응집제 사용량이 과다해지므로 운전비가 크게 상승되며, 응집된 플록의 대부분을 침전시키기 위하여 침전조(220)의 크기가 커야하므로 설치 부지를 많이 차지하는 까닭에 건설비가 높을 뿐 아니라 처리 시간이 길어지게 된다.
또한, 일반적으로 적절한 크기로 평가되는 장치에서도 처리된 물의 수질에 한계가 있다.
상기 화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술은 도 17에 도시된 바와 같이 원수로부터 화학응집 및 침전과정은 도 16의 상기 화학응집침전 후 모래여과처리 기술과 동일하지만, 모래여과기(230)에 비하여 그 크기가 1/4 정도인 기계식여과기(250)를 사용함으로써 전체적인 크기는 약간 줄일 수 있다.
그러나 필요 부지의 대부분을 차지하고 있는 침전조(220)가 여전히 필수적으로 존재하므로 여전히 전체 건설 부지가 크게 요구된다.
한편, 탁도 유발물질 제거 성능에서는 일반적으로 모래여과기(230)가 약 50%인 반면 상기 기계식여과기(250)는 85% 이상으로 모래여과기(230)보다는 우수하다.
상기 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술은 도 18에 도시된 바와 같이 원수로부터 화학응집까지는 상기 두 가지 종래의 방법과 동일하나 침전조(220)를 거치지 않고 직접 기계적 여과기술을 적용하여 탁도 유발물질을 제거한다.
따라서 처리공정 건설에 필요한 부지가 기존의 처리공정보다 1/10 ~ 1/50로 축소되어 건설비를 대폭 줄일 수 있고, 화학응집 플록을 침전시킬 필요가 없기 때문에 플록의 크기가 침전조(220)를 사용할 때보다 작아도 되므로 응집제 사용량을 절감할 수 있다.
또한, 응집숙성 시간도 기존의 침전조(220)를 사용할 경우 20 ~ 40분이 필요하나, 기계식여과기(250)의 경우 2 ~ 3분이면 충분하기 때문에 응집조(2)의 부피가 감소되는 만큼 교반 동력도 감소되어 운전비의 절감 효과도 있다.
그러나 상기 기계식여과기(250)의 경우에는 수십 NTU 이상의 고탁도 원수 유입 시 처리수질이 약 1 NTU에 불과하여, 음용수 수질의 일반적 기준인 0.5 NTU에 미달되는 문제가 있고, 이를 개선하기 위해 고농도의 무기 응집제를 사용할 경우 여과공극 막힘 현상이 심화되어 잦은 역세로 인한 역세수량이 크게 증가되는 문제가 있다.
한편, 하수 혹은 폐수 2차 처리 방류수를 공업용수 등 고급수질로 재사용하거나 해수담수화장치와 같은 순수(純水)제조를 위해서는 역삼투막에 의한 역삼투 공정의 사용이 불가피한데, 역삼투막의 운전성능을 확보하기 위해서는 역삼투막 유입수 중 탁질을 제거한 정도를 나타내는 SDI15가 5.0 이하가 되어야 한다.
이를 위하여 기존에는 역삼투막 공정 이전에 도 19에 도시된 바와 같이 화학응집 침전조(220)와 모래여과기(230) 혹은 다층여과기 및 활성탄 여과기와 같은 기계식여과기를 사용한 전처리 장치를 이용하여 SDI15 5 이하의 조건을 충족시키는 방법을 사용하였다. 그러나 도 19와 같은 공정은 높은 건설비뿐만 아니라 침전조(220) 사용에 따른 필요 부지가 대단히 크고, 주 장치인 활성탄 여과기의 짧은 교체주기로 인한 고가의 운전비용으로 인해서 실제 적용 사례가 거의 전무하다.
상기 침전조(220) 없이 생활하수 방류수를 직접 여과하여 역삼투막(RO) 유입수 기준인 SDI15 5 이하를 만족시킬 수 있는 실용화된 전처리 기술은 도 20에 도시된 바와 같은 MF 혹은 UF를 사용하는 막분리 공정(멤브레인 여과 또는 막여과)이 유일하다.
그러나, 상기 막분리 공정 역시 역삼투막 전처리수의 수질을 SDI15 5.0 이하로 개선할 수는 있으나, 유입 원수의 탁도가 10 NTU 이하일 것을 요구하고 있으므로 적용범위가 좁고, 고가의 건설 및 운전비용으로 인하여 전처리수 생산 경제성이 낮으며, 주기적인 화학세정을 수반하는 운전상의 기술적 난이도 때문에 보편화되지 못하고 있는 실정이다.
상기한 바와 같이 역삼투압 기술을 사용할 경우 SDI15 수치가 통상 5.0 이하일 것을 요구하고 있으며, 안정적인 역삼투막 운전을 위해서는 정밀 혹은 한외 여과막(UF 멤브레인 또는 중공사막)을 전처리 여과기로 사용하여야 하는데, 이러한 막여과의 경우도 도 20에 도시된 바와 같이 유입 원수 수질 제한이 있으므로 막여과를 위한 전처리 공정이 추가적으로 더 필요하게 되었다.
이러한 막여과의 전처리 공정으로서, 전술한 침전조, 모래여과기, 기계식 여과기 등의 공정을 사용할 수 있으나, 전술한 종래 기술들은 물에 포함된 오염물 제거 공정의 첫 단계인 탁도 유발물질 제거가 부실하므로 후속 공정인 고도처리공정의 필요 크기를 과도하게 요구하여 건설비의 상승 및 운전비 상승의 원인이 되고, 이러한 결과는 음용수의 생산 및 물 재사용 원가를 상승시키는 원인이 되는 문제점이 있다.
본 출원인의 선등록 특허번호 10-1091092 '2단 응집 직여과 정수장치'는 상술한 종래 기술에서 막여과의 전처리 공정의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 도 21에 도시된 바와 같이 막여과의 전처리 공정을 응집 및 섬유여과공정으로 대폭 간략화하여 정수처리 시간을 크게 단축시킬 뿐만 아니라, 정수 설비 건설과 설비비용, 부지면적, 유지 관리비용 등을 대폭적으로 절감할 수 있는 기술이다.
선등록특허 등록번호 10-1529272는 상기 선등록 특허번호 10-1091092의 정수 공정을 단순화하고 배관 구조를 컴팩트하게 구성함으로써 단시간에 대용량 처리가 가능하면서도 이동식 컨테이너에 실장이 가능한 정수장치 모듈 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 출원인의 선등록 특허 10-1153772는 원수에 무기응집제인 17% PAC를 최대 30mg/ℓ까지 가하여 플록화된 탁도 유발물질을 섬유여과 장치 및 멤브레인으로 제거하여 탁도 0.5 NTU를 만족시킴으로써, 수질에 따라 설치되는 후속공정의 건설비 및 운전비를 30% 이상 절감할 수 있는 기술이다.
상기 선등록 특허번호 10-1091092는 용존 염류까지 제거시키는 순수(純水) 여과 공정에서 SDI15 5.0 이하의 유입수가 요구되는 역삼투막의 전처리 공정으로 사용되어, 기존의 전처리 공정인 여과막 공정보다 훨씬 저렴한 건설비와 운전비로 역삼투막 공정을 실시하여 역삼투막 생산수의 원가를 낮출 수 있다.
상기 선등록 특허번호 10-1091092, 선등록특허 등록번호 10-1529272는 이와 같이 막여과 방식의 사용 한계에 의하여 발생되는 문제점을 응집조, 섬유여과기를 순차 통과시키는 여과 방식으로 기본으로 하면서 중복 여과 방식으로 여과한계를 극복하였다.
그런데, 상기 선등록 특허들은 응집제의 투하 이후에 응집조에서 플록을 섬유여과기에서 여과하기 충분한 크기만큼 성장시키는 것을 필수조건으로 하고 있다.
따라서, 상기 선등록 특허 10-1091092, 선등록 특허 10-1529272는 여과 공정이 응집조, 섬유여과기, 응집조, 섬유여과기를 순차 중복 통과하는데, 상기 응집조에서 플록을 성장시키는 응집시간이 섬유여과기를 통과하는 시간보다 매우 크므로 전체 여과 공정이 응집조의 응집시간에 의하여 결정되는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 선등록 특허번호 10-1091092, 선등록특허 등록번호 10-1529272을 개선하여 전체 여과 시간을 단축하고 여과 용량을 증대시키는 것을 과제로 하고 있다.
본 발명은 상기 선등록 특허번호 10-1091092, 선등록특허 등록번호 10-1529272을 개선하기 위한 것으로서, 동일 공간에서 여과 용량을 증가시키고 여과시간을 단축시키는 고속 여과형 대용량 여과장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 원수를 유입시키는 원수 메인 배관과; 상기 원수 메인 배관에 연결되어 원수 메인 배관으로 유입되는 원수에 응집제를 혼화시키는 라인믹서와; 상기 라인믹서 후단에 원수 유입관이 연결되는 섬유층 두께가 50mm 이상인 섬유 여과기와; 상기 섬유 여과기의 여과수 배출관이 연결되어 여과수를 배수시키는 여과수 배수관으로; 구성되며 상기 섬유 여과기는 상기 라인믹서 후단과 여과수 배수관에 복수 개 병렬 연결된 여과군으로 형성되어 상기 라인믹서에서 순간 성장된 응집입자만을 상기 여과군으로 여과시킴으로써, 상기 라인믹서로 유입되는 원수 유입 속도에 연동되게 여과 속도를 증가시킨 것을 특징으로 하는 고속 여과형 대용량 여과장치를 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 고속 여과형 대용량 여과장치는 컨테이너에 실장되어 이동 가능한 장치로 되는 것을 특징으로 하는 고속 여과형 대용량 여과장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고속 여과형 대용량 여과장치는 컨테이너 내부에 섬유 여과기를 2열 배열시키고, 상기 원수 메인 배관과 상기 여과수 배수관은 컨테이너의 일측면 중심부에서 컨테이너 내부로 유입시키며, 상기 원수 가지 배관과 여과수 가지 배관은 컨테이너 내부에서 좌우로 분지시켜 각 섬유 여과기들과 연결시킴으로써, 컨테이너 내부에 2개의 여과군이 상기 원수 가지 배관과 여과수 가지 배관 좌우에 배치되어 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 고속 여과형 대용량 여과장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 여과군은 사각으로 격자 배열된 4개의 섬유여과기로 형성되며, 상기 라인믹서는 상기 4개의 섬유여과기의 격자 배열에 의해 형성되는 중심 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 고속 여과형 대용량 여과장치로 되는 것이 바람직하다.
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상기한 본 발명에 의하여 상기 선등록 특허번호 10-1091092, 선등록특허 등록번호 10-1529272을 개선하여, 동일 공간에서 여과 용량을 증가시키고 여과시간을 단축시키는 고속 여과형 대용량 여과장치가 제공되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예의 블럭도
도 2는 본 발명의 기본 블럭도
도 3은 본 발명의 여과군 구조 블럭도
도 4는 본 발명에 사용되는 단층 섬유 여과기 측단면 구조도
도 5는 본 발명에 사용되는 다단 복층 섬유 여과기 측단면 구조도
도 6은 본 발명의 실시 측단면 구조도
도 7은 도 6에서 여과시 원수 흐름을 도시한 평면도
도 8은 도 6에서 여과시 여과수 흐름을 도시한 평면도
도 9는 본 발명에서 4개의 여과기를 1 여과군으로 하여 형성한 단위 여과기의 사시도
도 10은 선등록발명 10-1529272의 평면 구조도
도 11은 선등록발명 10-1529272의 사시 구조도
도 12는 선등록발명 10-1529272의 구조 블럭도
도 13 내지 도 15는 본 발명과 선등록발명 10-1529272의 여과속도와 여과용량을 도시한 그래프
도 16은 종래기술방식 화학응집침전 후 모래여과처리 기술의 블럭도
도 17은 종래기술방식 화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술의 블럭도
도 18은 종래기술방식 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술의 블럭도
도 19는 종래기술방식에서 역삼투막 전처리 공정 블럭도
도 20은 종래기술방식에서 막여과를 이용한 역삼투막 전처리 공정 블럭도
도 21은 선등록발명 10-1529272의 공정 블럭도.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 블럭도이며, 도 2는 본 발명의 기본 블럭도이며, 도 3은 본 발명의 여과군 구조 블럭도이며, 도 4는 본 발명에 사용되는 단층 섬유 여과기 측단면 구조도이며, 도 5는 본 발명에 사용되는 다단 복층 섬유 여과기 측단면 구조도이며, 도 6은 본 발명의 실시 측단면 구조도이며, 도 7은 도 6에서 여과시 원수 흐름을 도시한 평면도이며, 도 8은 도 6에서 여과시 여과수 흐름을 도시한 평면도이며, 도 9는 본 발명에서 4개의 여과기를 1 여과군으로 하여 형성한 단위 여과기의 사시도이며, 도 10은 선등록발명 10-1529272의 평면 구조도이며, 도 11은 선등록발명 10-1529272의 사시 구조도이며, 도 12는 선등록발명 10-1529272의 구조 블럭도이며, 도 13 내지 도 15는 본 발명과 선등록발명 10-1529272의 여과속도와 여과용량을 도시한 그래프이며, 도 16은 종래기술방식 화학응집침전 후 모래여과처리 기술의 블럭도이며, 도 17은 종래기술방식 화학응집침전 후 기계적 여과처리 기술의 블럭도이며, 도 18은 종래기술방식 화학응집 후 침전조 생략에 의한 직접 기계적 여과처리 기술의 블럭도이며, 도 19는 종래기술방식에서 역삼투막 전처리 공정 블럭도이며, 도 20은 종래기술방식에서 막여과를 이용한 역삼투막 전처리 공정 블럭도이며, 도 21은 선등록발명 10-1529272의 공정 블럭도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 선등록 특허번호 10-1091092, 선등록특허 등록번호 10-1529272을 개선하기 위한 발명으로서, 크게 원수 메인 배관(210)과 라인믹서(20)와 원수 유입관(4)과 여과수 배출관(5)이 형성된 섬유 여과기(10)와 여과수 배수관(60)과 컨테이너(700)와 원수 가지 배관(200)과 여과수 가지 배관(600)으로 구성된다.
이하의 설명을 위하여 사용된 본 발명의 용어는 다음과 같다.
본 발명에서 사용되는 섬유여과기(10)는 역세 공정을 포함하는데, 섬유여과기(10)에서 여과와 역세 공정은 공지 기술내용에 해당되므로 이에 관한 설명을 생략한다.
또한, 도 4와 도 5에서 보여지는 바와 같이 상기 원수 유입관(4)은 섬유 여과기(10)에 형성된 원수 유입부이며, 상기 여과수 배출관(5)은 섬유 여과기(10)에 형성된 여과수 배출부이다.
상기 원수 메인 배관(210)은 섬유 여과기(10)의 원수 유입관(4)에 연결되는 배관이며, 상기 여과수 배수관(60)은 섬유 여과기(10)의 여과수 배출관(5)에 연결되는 배관이다.
본 발명의 섬유 여과기(10)는 가장 기본 단위 여과장치이며, 여과군(1)은 1개의 배관에 병열 연결된 섬유 여과기(10) 집합으로 정의한다.
이에 의하면 도 2는 4개의 여과기(10)가 병렬 연결되어 1개의 여과군(1)을 형성한 것이 되며, 도 3은 2개의 여과군(1)이 병렬 연결된 것이며, 도 12는 2개의 여과군(1)이 직렬 연결된 것으로 설명할 수 있다.
이하, 본 발명에서 사용되는 섬유여과기(10)의 실시예에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로 여과기는 오염 원수를 필터로 여과하여 깨끗한 처리수를 배수하는 장치로서, 대형 하천의 여과나 공장폐수의 여과 등을 위하여 점차 대형화되어가고 있는 추세이다.
이에 사용되는 여과기로는 대표적으로 공극제어 여과기(PCF Filter)를 예로 들 수 있으며, 상기 공극제어 여과기는 미세한 필라멘트를 가진 섬유사를 다발로 묶고 이를 유수의 경로상에 배치하여 여과재료로 사용하는데, 이를 섬유여재(6)라 한다. 상기 섬유여재(6)는 물리적인 제어에 의하여 필라멘트가 형성하는 공극이 쉽게 조절되어 여과성능이 우수할 뿐만 아니라, 세척이 쉬워 그 수명이 오래가는 장점이 있다.
특히, 입자크기별 제거효율, SS, BOD의 제거 효율 등이 여타 여과방식에 비하여 뛰어난 효과가 있음이 증명되고 있다.
상기 공극제어 여과기의 대표적인 형태는 섬유여재(6)를 다공관 주변에 비틀어 감기게 하여 미세공극을 형성시킨다.
그런데 이러한 경우 섬유여재(6)의 길이가 짧은 경우에는 비틀림 장력이 섬유에 고루 전달되어 상, 중 하, 부분의 여층이 단단하게 형성되어 여과 수질이 우수하나, 섬유의 길이가 길어지면 비틀림 장력이 섬유의 상, 중, 하 부분에 골고루 미치지 못하여 중간부 장력이 약해져 여층이 엉성하게 형성되어 여과성능이 낮아지는 원인이 되는 문제점이 있다.
이를 개선하기 위하여 본 출원인은 도 4에 도시된 바와 같이 선등록특허 10-0813114 (2008.03.06)로 당김형 공극제어 여과기을 발명하여 대형 여과기에 적합한 기본 구조를 발명하였으며, 이를 기본으로 더 쉽고 간편하게 여과기를 대형화시키기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 선등록특허 10-0898122 (2009.05.11)로 일체형 수직 다단 여과기를 발명하였다.
상기 선등록 특허들은 원통형 여과통(100)과 스트레이너(70)와 당김 구동부(80)와 고정형으로 된 섬유여재의 하부 고정판(91)과 작용형으로 된 섬유여재의 상부 고정판(90)과 상기 상부 고정판(90)과 하부 고정판(91)에 결합된 섬유여재(60)로 구성되는 당김형 공극제어 여과기를 기본 구성요소로 하는데, 상기 당김 구동부(80)에 의하여 상부 고정판(90)이 승강하면서 섬유여재(60)의 공극을 제어하는 장치이다.
이 중에서 상기 선등록특허 10-0898122 (일체형 수직 다단 여과기)는 상기 선등록특허 10-0813114 (당김형 공극제어 여과기)를 단위 여과기로 하여 수직 적층시킨 장치로서, 여과 용량을 손쉽게 대형화시키는 장치로 제공되고 있다.
도 1을 참조하여 본 발명을 살펴보면, 본 발명은 원수 메인 배관(210)에 라인믹서(20)를 설치하고 전단에서 투입된 응집제를 순간 혼화하여 응집입자(플록)를 성장시킨 후, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 섬유 여과기(10) 또는 여과군(1)으로 여과하는 장치이다.
따라서, 본 발명에 의하면, 도 10에 도시된 선등록발명 10-1529272과 달리, 대량의 원수를 저장하는 응집조(2)가 설치되지 않는 특징이 있다.
이하, 도 1을 참고하여 살펴보면 본 발명의 상기 원수 메인 배관(210)은 외부와 연결되어 원수를 유입시키는 관체이다.
상기 원수 메인 배관(210)의 외부에서는 원수에 포함된 오염입자를 여과 가능한 크기로 성장시키기 위하여 응집제가 투입된다.
본 발명의 라인믹서(20)는 상기 원수 메인 배관(210)에 연결되어 원수 메인 배관(210)으로 유입되는 원수에 응집제를 순간 혼화시키는 장치이다.
본 발명은 도 10과 도 11에 도시된 선등록발명 10-1529272과 달리 응집조(2)가 별도 마련되지 않으며, 도 1에서 보여지는 바와 같이 상기 라인믹서(20) 전 단계에는 응집제가 투입되며 이를 위하여 도면에 도시되어있지 않으나 이를 위한 밸브와 라인이 마련되어져 있다.
상기 라인믹서(20)는 물이 유속에 따라 흐르면서 복수 충돌이 발생될 수 있도록 관체 내부에 격벽이 형성된 장치로서, 응집제가 혼화된 원수가 라인믹서(20) 내부를 통과하면서 상기 격벽에 충돌되어 혼화된다.
상기 라인믹서(20)의 구조는 선등록특허 10-1432185에 자세히 소개된 바 있는데, 원래의 라인믹서는 이와 같이 원수에 응집제를 효과적으로 혼화시키기 위한 용도로 사용되었으며, 원수에 응집제를 혼화시킨 후에는 원수 내부에 포함된 불순물을 플록으로 성장(응집)시키기 위해 충분한 시간이 필요하므로, 도 10과 도 11에 도시된 종래기술방식에서와 같이 응집조(2)가 필수적이었다.
그런데, 본 발명은 상기 선등록특허 10-1432185를 다양한 조건에서 운전하면서 누적되는 실험과정을 통해 확인한 것으로서, 상기 라인믹서(20)에서 응집제가 포함된 원수가 격벽에 충돌되는 충격에 의하여 원수와 응집제가 급속 혼화되면서 플록입자가 순간 성장되는 것을 발견하고 이렇게 순간 성장한 플록입자만을 여과시키도록 구성한 것이다.
본 발명의 섬유 여과기(10)는 상기 라인믹서(20) 후단에서 원수 메인 배관(210)에 원수 유입관(4)이 연결되고, 여과수 배출관(5)이 여과수 배수관(60)에 연결된 여과장치이다.
본 발명에서 상기 라인믹서(20) 후단에 연결되는 여과기는 상기 라인믹서(20)에서 순간 성장하는 플록입자를 여과할 수 있는 정도의 여과 공극을 가지는 것이어야 하는데, 실험에 의하면 섬유여과기(10)의 섬유여재(60) 두께가 50mm이상일 때 순간 성장하는 플록입자를 약 90~95% 여과시킬 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명에 사용하는 단위 섬유 여과기(10)는 도 4 내지 도 5의 실시예에서 보여지는 바와 같이 선등록특허 10-0813114 (당김형 공극제어 여과기)나 이를 수직 적층하여 다단으로 복층 형성시킨 선등록특허 10-0898122 (일체형 수직 다단 여과기)를 사용하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 원수 유입관(4)과 여과수 배출관(5)이 형성된 여하의 섬유여과기가 전부 적용 가능하다.
섬유여과기를 다단 복층으로 형성시키는 경우에는 1개의 섬유여과기에서 다단 여과가 실현되어 섬유여재 층이 부족하게 형성되어도 충분한 여과 효과가 나타나는 것으로 실험되었다.
즉, 도 4와 같은 단층 섬유 여과기에서 90~95%의 순간성장 플록이 여과되는 경우에 도5와 같은 복층 섬유여과기에서는 이 과정이 중복으로 발생되어 약 99.5~99.75%의 플록 입자가 여과되었다.
따라서, 본 발명에 의하면 도 4와 같은 다단 복층 섬유여과기는 공간이 협소한 곳에서 고수질 여과수를 생산하여야 할 때 매우 효과적이다.
한편, 본 발명에 의하면 비록 응집조를 거치지 않고 순간성장한 플록만을 여과하여 여과수에 불순물이 포함될 여지가 있다고 하더라도 여과수 수질이 0,5 NTU 이하가 되어 역삼투압의 전처리 공정으로 충분한 여과수가 생산된다.
따라서, 본 발명이 막여과의 전처리 공정으로 이용될 때는 도 4와 같은 단층 섬유 여과기를 사용하고, 직접 역삼투막의 전처리 공정으로 이용될 때는 다단 복층 섬유여과기를 사용하는 등의 공정 진입 및 용도 선택폭이 넓어지는 이점이 있다.
본 발명의 여과수 배수관(60)은 상기 섬유 여과기(10)의 여과수 배출관(5)에 연결되어져 여과수를 이송하는 배관이 된다.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 라인믹서(20)와 섬유여과기(10)를 순차 연결시켜 형성되는 것을 기본으로 하며, 도 2에 도시된 바와 같이 라인믹서(20)에 섬유여과기(10)를 병렬 연결시켜 1개의 여과군(1)으로 확장하여 사용한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 라인믹서(20)에 복수 개의 여과군(1)을 병렬 연결시켜 확장하여 사용한다.
이와 같은 확장은 본 발명의 효과에 의하여 고속 대용량 여과가 실현되기 때문이다.
즉, 본 발명은 기본적으로 원수가 라인믹서(20)를 통하여 응집입자를 형성시키면서 유입되므로, 응집 시간 즉, 유입 대기 시간이 불필요하게 된다.
상기 라인믹서(20)에 의한 순간 응집은 여과 가능한 원수의 빠른 생산을 의미하므로 응집조(2)에서 응집입자를 성장시키기 위해 대기하던 선행기술과 달리 빠르게 유입되는 원수를 처리하기 위하여 상기 라인믹서(20) 후단의 여과 용량을 증가시켜야 한다.
따라서, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 빠르게 유입되는 원수 유입량(4W')에 대응하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 상기 원수 메인 배관(210)과 여과수 배수관(60) 사이에 복수 개의 섬유여과기(10)를 병렬 연결시켜 여과 용량을 증가시킨다.
본 발명은 이와 같이 섬유 여과기(10)의 여과 용량을 충족시키기 위하여 라인믹서(20) 후단에 병렬 연결되는 섬유 여과기(10)의 갯수를 증가시키는 구조를 기본으로 한다.
그런데 원수 유입량이 증가될 수록 상기 여과군(1)의 섬유 여과기(10)의 갯수가 증가됨에 따라 여과군(1)의 전체길이가 길어지게 되므로, 라인믹서(20)에서 멀리 떨어진 여과군(1) 후단의 섬유 여과기(10) 효율이 저하될 수 있다.
본 발명은 이를 해결하기 위하여 원수 유입량이 많으면 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 여과군(1)을 병렬 연결하여 여과 성능, 여과 용량, 여과 속도, 여과 효율을 충족시킨다.
도 3의 실시예에서는 2개의 여과군(1)이 병렬 연결되어 있으나, 원수 유입 유량의 설계 수준에 맞추어 상기 여과군(1)의 병렬 연결 갯수는 더 증가시킬 수 있다.
도 3의 배열구조는 구체적으로 도 6과 같이 배열되는데, 도 3과 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에서 원수 가지 배관(200)은 이러한 여과군(1)의 병렬 연결을 위하여 원수 메인 배관(210)을 분지한 배관이 되며, 여과수 배수관(60)과 여과수 가지 배관(600)도 이와 동일하다.
이때, 각 여과군(1)에는 각 원수 가지 배관(200)과 여과수 가지 배관(600)에 복수 개의 섬유 여과기(10)가 병렬 연결된다.
본 발명은 특히, 상기 원수 메인 배관(210)과 라인믹서(20)와 섬유 여과기(10) 또는 여과군(1)과 여과수 배수관(60)을 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이 컨테이너(700)에 실장시키는 것을 특징으로 하는데, 이에 의하여 생산 공장에서 컨테이너(700)에 장치를 실장시킨 후, 트럭으로 이송하여 설치 장소에 투입시킬 수 있는 장치로 형성되어, 대형 장치이지만 포터블 여과기 특성을 가지게 된다.
또한, 도 7과 도 8에서 보여지는 바와 같이 본 발명이 컨테이너(700)에 실장되는 경우에는 도 10과 도 11에서 비교되는 바와 같이 종래기술방식에 비하여 응집조(2)를 제거하고 확보한 공간에 더 많은 여과기를 설치시킬 수 있는 이점이 있다.
즉, 본 발명에 의하면 종래기술방식에 비하여 동일 컨테이너(700) 공간에 더 많은 여과기를 설치할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 상기 컨테이너(700) 내부에서 복수 개의 섬유 여과기(10)를 배열 실장시켜 여과군(1)을 형성시키는데, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 1개의 원수 메인 배관(210)이 2개의 원수 가지 배관(200)으로 분지되고, 2개의 여과군(1)이 병렬 연결되어 진다.
즉, 상기 컨테이너(700) 내부에 상기 원수 메인 배관(210)과 복수 여과기의 원수 유입관(4)을 병렬 연결시키는 원수 가지 배관(200)과, 상기 여과수 배수관(60)과 복수 여과기의 여과수 배출관(5)을 병렬 연결시키는 여과수 가지 배관(600)을 형성시킨다.
본 발명은 컨테이너(700)의 실장 공간과 같이 복도형으로 길게 형성된 공간에 최대 여과 용량을 형성시키기 위해서, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 섬유 여과기(10)들을 컨테이너 내부에서 2열 배열시키고, 상기 원수 가지 배관(200)과 상기 여과수 가지 배관(600)에 병열 연결시켜 여과군(1)을 형성시킨다.
따라서, 상기 원수 가지 배관(200)은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 원수 메인 배관(210) 양측으로 분지하여 형성된 2개의 원수 가지 배관(200)으로 형성된다.
2열 배열의 의미는 컨테이너(700)의 크기와 여과기의 직경에 따라 섬유 여과기(10)를 밀집 배열시키기 위한 것에 불과하며, 반드시 2열에 한정되는 것은 아니고 3열 등으로 증가 가능하다.
본 발명에서 상기 원수 메인 배관(210)과 여과수 배출관(5)은 병렬 연결된 여과군(1)을 대칭으로 형성시키기 위하여, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 컨테이너(700)의 중심부에서 컨테이너(700) 내부로 유입되며, 상기 원수 가지 배관(200)과 여과수 가지 배관(600)은 컨테이너(700) 내부에서 좌우로 분지되어 형성되어 각 섬유 여과기(10)들과 병렬 연결되게 한다
이에 따라, 본 발명은 컨테이너(700) 내부에 2열로 실장된 섬유 여과기(10)들이 상기 원수 가지 배관(200)과 여과수 가지 배관(600)에 의해 2개의 여과군(1)이 병렬 연결되는 구조가 된다.
한편, 본 발명은 컨테이너(700) 내부에 실장되므로, 장치의 제작 및 운전시에 컨테이너(700) 내부에서 이동하여야 한다.
따라서, 본 발명의 상기 여과수 가지 배관(600)을 사각형 단면의 파이프로 형성시켜 컨테이너(700) 내부에서 작업자의 이동 통로가 될 수 있게 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이 원수 메인 배관(210)으로 유입되는 원수는 라인믹서(20)에 충돌하면서 플록(floc)을 순간 성장시키고 원수 가지 배관(200)을 경유하여 원수 유입관(3)을 통해 섬유 여과기(10)로 유입된다.
섬유 여과기(10)에서 여과된 여과수는 도 6과 도 8에 도시된 바와 같이 섬유 여과기(10)의 여과수 배출관(5)을 통하여 여과수 가지 배관(600)을 경유하여 여과수 배수관(60)으로 유출된다.
따라서, 컨테이너(700)로 유입되는 하나의 원수 메인 배관(210)에 투입된 응집제를 라인믹서(210)로 즉시 혼화 처리하면서 플록을 순간 성장시키고 상기 여과군(1)으로 여과하며, 처리된 여과수는 여과수 메인 배관(60)에 모여서 집중 배수되는 장치가 제공된다.
도 9는 도 2의 블럭도를 구현한 장치로서, 도 6에서 좌우에 2개씩의 섬유여과기가 배열된 것과 동일한 장치이다.
도 9의 실시예에서는 4개의 섬유여과기(10) 사각으로 격자 배열하고, 그 중심 공간에 라인믹서(20)를 설치하여 최소 공간에 본 발명이 설치되게 한 것이다.
즉, 도 9의 본 발명은 좁은 공간에서 고수질 여과수를 확보하여야 하는 경우에 단일 또는 다단 복층 섬유여과기를 4각 대칭 배열하여 전체 직육면체 공간 내에 형성시킨 것으로서, 작은 직육면체 공간을 이용하여 고속 대용량의 고수질 여과수를 생산하는 장치가 제공되는 이점이 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 원수 메인 배관(210)과 여과수 메인 배관(60)을 중심에 두고 상기 여과군(1)을 2개 설치하게 되면, 전체 여과군(1)이 일직선상 배열되면서 좁은 복도와 같은 일자형 공간에 최대 여과 용량을 형성시킬 수 있는 이점이 있다.
특히, 이동식 여과기를 설치하기 위하여 사용하는 컨테이너 트럭의 여과기 설치 공간은 이와 같은 좁은 복도와 같은 일자형 공간으로 대표적인 공간이 되는데, 본 발명에 의하면, 컨테이너 트럭과 같은 이동식 장치에 여과기를 설치하는 경우에 공간의 낭비없이 최대 용량의 여과기를 설치할 수 있는 이점이 있다.
한편, 선등록발명 10-1529272의 경우에는 도 12에 도시된 바와 같이 2개의 여과군이 직렬형으로 형성되어, 여과 수질을 개선시키는 효과를 목적으로 하고 있으나, 본 발명의 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 여과군(1)이 병렬로 연결되어 동일 컨테이너 공간에서 2배의 여과 용량을 가지게 개선된다.
이하, 본 발명의 여과속도와 여과용량에 대하여 자세히 살펴보면 다음과 같다.
도 12는 상기 선등록발명 10-1529272의 블럭 구조도로서, 2개의 여과군(1)이 직렬 연결되며, 각각 전단에 응집조(2)가 형성되어져 있다.
라인믹서(20) 통과시간을 y, 응집조(2)에서의 응집시간을 x, 여과군(1)에서의 여과시간을 z, 유입유량을 w라고 하면, 선등록발명 10-1529272에서 유입유량은 직렬연결된 여과군(1)에 의하여 w로 한정되므로, 라인믹서를 통과하는 시간을 y=0으로 볼 때, 유입유량 w의 총 여과시간은 2x + 2z 시간이 필요하다.
이에 비하여 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 유입유량은 병렬연결된 여과군(1)에 의하여 2w가 되며, 라인믹서를 통과하는 시간을 y=0으로 볼 때, 총 여과시간은 z 시간에 불과하게 된다.
이를 다시 살펴보면, 동일 용량 w를 여과하는데 걸리는 시간은 도 12의 선행기술은 2x+2z 시간이 필요하고, 도 3의 본 발명은 z 시간이 필요하므로 도 13과 같은 그래프가 그려진다.
도 13의 그래프에서 기울기는 시간당 여과용량이 되므로, 도 12의 선행기술방식에서 z 시간에 여과되는 총용량은 도 13에 표시된 z시간의 면적 pz/2 가 된다.
본 발명에서는 하나의 여과군이 z 시간에 여과시키는 총용량은 도 14에 표시된 바와 같이 zw/2가 되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 여과군이 병렬 연결되는 경우에는 그 2배가 되므로 도 15에 표시된 바와 같이 zw가 된다.
또한, 본 발명은 라인믹서에 연결시키는 여과군(1)의 갯수를 증가시킬 수 있으므로 z시간 동안의 총여과용량은 그 갯수만큼 크게 증가된다.
도 13과 도 15에 표시된 면적과 같이 본 발명과 선행기술방식은 동일 콘테이너 용량에서 동일 시간에 여과되는 총용량의 차이가 매우 크게 나타남을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면 여과기의 성능만을 단순 비교하여도, 상기 선등록발명 10-1529272에 비하여 시간당 여과용량은 도 13과 도 15에서 비교되는 바와 같이 크게 증가하고, 동일 용량의 여과시간은 2x+z 만큼 단축되는 효과가 있다.
통상 응집시간 x는 여과시간 z 보다 매우 크므로 본 발명의 실제 여과시간은 상기 선등록발명 10-1529272에 비하여 아주 빠른 고속 여과가 실현된다.
이와 같이, 본 발명은 선등록발명 10-1529272에서의 과잉 설비된 구성요소를 개선하여, 동일 컨테이너(700) 공간에서 고속 대용량 여과를 실현하는 장치가 제공된다.
본 발명은 재래의 화학응집침전 후 모래여과처리 기술 등과 비교하면, 동일 여과용량에 대한 필요부지는 약 1/100로 축소되면서 여과시간은 크게 단축되는 것으로 나타나고 있다.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1 : 여과군 4 : 원수 유입관
5 : 여과수 배출관 10 : 여과기
20 : 라인믹서 60 : 여과수 배수관
200 : 원수 가지 배관 210 : 원수 메인 배관
600 : 여과수 가지 배관

Claims (9)

  1. 원수를 유입시키는 원수 메인 배관(210)과;
    상기 원수 메인 배관(210)에 연결되어 원수 메인 배관(210)으로 유입되는 원수에 응집제를 혼화시키는 라인믹서(20)와;
    상기 라인믹서(20) 후단에 원수 유입관(4)이 연결되는 섬유층 두께가 50mm 이상인 섬유 여과기(10)와;
    상기 섬유 여과기(10)의 여과수 배출관(5)이 연결되어 여과수를 배수시키는 여과수 배수관(60)으로; 구성되며
    상기 섬유 여과기(10)는 상기 라인믹서(20) 후단과 여과수 배수관(60)에 복수 개 병렬 연결된 여과군(1)으로 형성되어
    상기 라인믹서(20)에서 순간 성장된 응집입자만을 상기 여과군(1)으로 여과시킴으로써, 상기 라인믹서(20)로 유입되는 원수 유입 속도에 연동되게 여과 속도를 증가시킨 것을 특징으로 하는 고속 여과형 대용량 여과장치.
  2. 제1항에 있어서 상기 고속 여과형 대용량 여과장치는
    컨테이너(700)에 실장되어 이동 가능한 장치로 되는 것을 특징으로 하는 고속 여과형 대용량 여과장치.
  3. 제2항에 있어서 상기 고속 여과형 대용량 여과장치는
    컨테이너(700) 내부에 섬유 여과기(10)를 2열 배열시키고
    상기 원수 메인 배관(210)과 상기 여과수 배수관(60)은 컨테이너(700)의 일측면 중심부에서 컨테이너(700) 내부로 유입시키며,
    상기 원수 가지 배관(200)과 여과수 가지 배관(600)은 컨테이너(700) 내부에서 좌우로 분지되어 각 섬유 여과기(10)들과 연결됨으로써, 컨테이너(700) 내부에 2개의 여과군(1)이 상기 원수 가지 배관(200)과 여과수 가지 배관(600) 좌우에 배치되어 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 고속 여과형 대용량 여과장치.
  4. 제2항에 있어서
    상기 여과군(1)은 사각으로 격자 배열된 4개의 섬유여과기(10)로 형성되며,
    상기 라인믹서(20)는 상기 4개의 섬유여과기(10)의 격자 배열에 의해 형성되는 중심 공간에 설치되는 것을
    특징으로 하는 고속 여과형 대용량 여과장치.
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