KR102003948B1 - Aos 세퍼레이터에 적용되는 uhmw pe 소재를 이용한 수처리용 필터 - Google Patents

Aos 세퍼레이터에 적용되는 uhmw pe 소재를 이용한 수처리용 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터에 관한 것으로서, 분자량 940만~980만의 UHMW PE(Ultra High Molecurar Weight Polyethylene) 재질로 이루어지고, 너비 25~30㎜, 길이 40~50mm, 두께 0.05~0.1㎜의 판상체를 휨 각도 70~80°를 가지는 반타원형으로 휘도록 가공되어 이루어지는, AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, UHMW PE 소재의 흡착성과 내마모성, 정전기력과 반데발스 힘, 층류(laminar flow)에 의한 입자간의 내부표면 장력을 이용하여, 폐수 및 우수속에 함유된 기름성분과 미세한 부유물질들을 제거할 수 있으며, 필터 입자간의 공극이 조밀하여 부피표면적당 넓은 표면적을 가지고 있어, 미세한 오염물 입자의 포집 및 합체하는 물리적 현상이 탁월하여, 유수분리조 및 비점오염저감시설의 오염물질을 분리하는 효과가 뛰어나도록 할 수 있다.

Description

AOS 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터{Water treatment filter using UHMW PE material applied to AOS separator}
본 발명은 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐수처리시설 또는 강우시 발생되는 도로 노면으로부터 우수관로로 유입되는 기름성분 및 오염물질을 함유한 부유물질들을 UHMW PE 소재를 사용하여 효과적으로 제거하기 위한 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터에 관한 것으로, AOS®는 대한민국 특허청에 상표등록 제40-0636263호, 제07류(증기오일분리기 등 4건)에 “A.O.S TYPE”으로 등록되어 있다.
일반적으로, 기름성분이 함유된 폐수와 강우시, 도로 노면으로부터 용출되어 우수관로로 유입되는 기름성분 및 미세부유물질들을 처리하기 위하여 설치되는 유수분리시설 및 비점오염저감시설들은 기름과 물, 그리고 부유물질(SS)을 비중차이에 의해 제거하는 방법과, 유수분리시설의 경우, 친유성 또는 친수성 소재를 이용한 합체판(coalescing plate)을 일정한 간격에 의해 합체하여, 유체가 물체에 가하는 마찰력을 계산하는 공식인 스토크(stokes) 법칙에 의해 제거하는 방법을 많이 사용하여 왔으며, 비점오염저감시설로는 샌드필터(sand filter) 개념의 여과방법으로 일라이트, 안스라사이트, 활성탄, 피트 모스, epp 발포여재 등을 여과재로 이용한 처리시설이 있다.
유수분리의 경우, 단순하게는 기름과 물의 비중 차에 의한 제거방법으로서, 오일성분이 함유된 오염된 물을 처리조 안에 유입시켜 정치(定置)시키는 방법으로, 비중차이에 의해 기름과 물의 2액상으로 분리됨으로써 기름이 제거된다. 이러한 방법은 오일방울의 크기가 1㎜ 이상이면 비교적 쉽게 분리되지만, 유체의 흐름을 통해 잘게 쪼개진 지름이 1∼1.5㎛인 상태의 오일방울은 부상 응결분리에 오랜 시간이 소요되므로, 대용량 및 연속적인 처리를 위한 폐수처리시설에서는 효용성과 더불어 처리효율이 떨어지는 단점이 있다.
또한 친유성 또는 친수성 소재를 이용한 합체판 형식과 유체가 물체에 가하는 마찰력을 계산하는 스토크 법칙에 의해 기름성분과 부유물을 제거하는 방법은 장기간 사용하게 되면, 결합된 합체판 사이에 기름성분과 부유물이 결합된 점성을 지닌 슬러지가 침적되어 합체판을 분리하지 않고는 기름성분과 부유물이 결합된 점성을 지닌 슬러지를 털어낼 수 없게 되어, 유지 및 관리에 많은 비용이 투입되어야 하는 단점이 있다.
또한 샌드필터 개념의 상향류 및 하향류 방식의 여과방법은 대부분의 여재 입경이 1~5mm 굵기의 여과재를 사용하므로 초기 처리효율은 우수하나, 기름성분이 많이 발생하는 폐수나 도로오염물질이 다량 유입되는 도시형 비점오염저감시설에서는 상, 하부 여과재 층에 쵸코무스 형태의 점막질이 형성되어, 유체의 통과를 방해하게 된다.
이러한 유체흐름의 방해는 유수분리시설 및 비점오염저감시설의 처리를 지연시키게 되고, 처리효율의 저하로 이어지게 된다. 특히 종래의 유수분리여재는 광물성유에 대해서만 유수분리기능을 수행할 수 있고, 그리스, 벙커C유, 동물성기름 등에는 점성물질로 인한 폐색현상이 발생하여 유수분리 기능을 수행할 수 없어 범용성이 떨어지는 문제가 있다.
상기와 같은 문제로 인해 기존의 유수분리 및 부유물질 제거방식은 처리효율이 낮고, 처리효율을 높이기 위해서는 처리시설의 면적을 넓혀야 하기 때문에, 유지 및 관리에 많은 비용이 소요되는 단점이 있었다.
또한 상기 종래의 방식은 합체판이나 샌드필터 개념의 상, 하부 여과층의 막힘 현상으로 인해, 유입수가 역류하는 현상이 발생하여 정상적인 처리기능을 상실하는 문제가 있다.
또한 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 수질분야에 적용하기 위하여 유지관리가 간편하고, 경제적이며, 효율 높은 유수분리처리와 고형물제거처리가 가능한 종래 기술로서, 한국등록특허 제10-0907935호의 "원통형 부유 고분자 필터"가 개시된 바 있다.
그러나 이러한 종래 기술의 구조는 지름이 14~30㎜이며, 길이가 50~85㎝이므로, 필터의 지름에 비해 필터의 길이가 길어 필터통체에 필터를 수용하게 될 때, 운전시 필터의 길이방향이 수면과 수평방향으로 일정한 형태로 나열되는 특성이 있어 나선형태의 필터 내부공간으로 유로(流路)를 형성하게 됨으로써 처리효율이 저하되며, 역세척 작업시 필터의 유동이 상,하 방향으로만 이루어져 있기 때문에, 역세척 작업이 이루어지지 않으므로, 장기적으로 필터통체 외부로 인출하여 세척해야 하는 현상이 발생한다.
또한, 이러한 종래 기술은 필터 역세척을 위한 유지 및 관리의 비용이 상승하게 되며, 수차례 역세척 작업을 할 경우, 필터의 나선형상이 풀어져 탄력을 상실하면서 늘어지는 현상으로 인해, 필터통체를 이루고 있는 타공판의 타공구멍을 막게 되어 정상적인 유로 흐름을 차단하는 단점이 발생한다.
그러므로, 이러한 종래 기술은 유수분리효율 및 부유물질 제거효율이 운전 시작일로부터 1년이 경과하면, 원통형 부유 초고분자필터가 탄력을 잃게 되면서 특징으로 요구되는 흡착성과 내마모성, 정전기력과 반데발스 힘, 층류(laminar flow)에 의한 입자간의 내부표면 장력에 의한 처리 기능을 상실하게 되고, 이로 인해 교체됨으로써, 유지 및 관리의 비용이 증가하는 단점이 발생한다.
그리고 이러한 종래 기술은 필터 단위 입자당 길이가 길어, 고압의 공기나 물을 분사하여도 쉽게 유동하지 않아 필터층 사이사이에 침적된 고형물을 제거하는 것이 용이하지 않았다. 이를 위해 필터통체로부터 필터를 모두 꺼내 세척할 수도 있지만, 이러한 작업은 매우 번거롭기 때문에 유지 및 관리에 많은 어려움이 있다. 특히 기름성분의 경우 외부 오염을 방지하기 위한 유흡착포 등을 포설하여야 하므로 경제적 부담이 크다.
상기한 종래 기술에 대한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 수질분야에서 폐수처리시설 또는 강우시 발생되는 도로 노면으로부터 용출된 기름성분 및 미세부유물질들이 우수관로로 유입될 때, 기름성분 및 미세부유물질 등을 효율적으로 제거하도록 하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 고분자 폴리에틸렌에 비해 미세한 기름입자와 미세부유물질들의 포집이 용이한 UHMW PE 소재를 사용하여, 원통형상의 나선형체로 제작된 필터에 있어서 문제점으로 지적된 고압수 및 고압공기에 의한 필터 역세척 작업시, 종래 원통형 부유 초고분자필터가 탄력을 잃게 되면서 흡착성과 내마모성, 정전기력과 반데발스 힘, 층류(laminar flow)에 의한 입자간의 내부표면 장력에 의한 처리 기능이 상실되는 것을 방지하고, 역세척 작업시 고압수 및 고압공기의 투입에 의해 유동이 쉽고, 기존의 원통형 부유 초고분자필터에 비하여, 필터 단위 체적당 단위 표면적을 3배 이상 확장시키는 효과로 인해 안정적인 처리효율 확보와 유지 및 관리가 용이하면서도 경제적이도록 하는데 목적이 있다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 분자량 940만~980만의 UHMW PE(Ultra High Molecurar Weight Polyethylene) 재질로 이루어지고, 너비 25~30㎜, 길이 40~50mm, 두께 0.05~0.1㎜의 판상체를 휨 각도 70~80°를 가지는 반타원형으로 휘도록 가공되어 이루어지는, AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터가 제공된다.
상기 수처리용 필터는, 열을 가하는 가공에 의한 열변형에 의해 상기 휨 각도 70~80°의 형태를 유지하도록 할 수 있다.
상기 수처리용 필터는, 비중이 0.97~0.98일 수 있다.
상기 수처리용 필터는, 상기 휨 각도가 길이방향을 기준으로 휘어진 각도를 의미하고, 상기 길이방향을 기준으로 양단의 최단거리가 80~120%가 되도록 신축이 이루어질 수 있다.
상기 수처리용 필터는, 1㎥당 2,100~4,200㎡의 표면적을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터에 의하면, UHMW PE 소재의 흡착성과 내마모성, 정전기력과 반데발스 힘, 층류(laminar flow)에 의한 입자간의 내부표면 장력을 이용하여, 폐수 및 우수속에 함유된 기름성분과 미세한 부유물질들을 제거할 수 있으며, 필터 입자간의 공극이 조밀하여 부피표면적당 넓은 표면적을 가지고 있어, 미세한 오염물 입자의 포집 및 합체하는 물리적 현상이 탁월하여, 유수분리조 및 비점오염저감시설의 오염물질을 분리하는 효과가 뛰어나도록 할 수 있다.
본 발명은 처리시설 내에 투입시, 수면으로부터 하부로 필터층이 형성되며, 고압수 및 고압공기의 투입으로 쉽게 유동이 되도록 하여, 필터 표면에 부착된 고형물을 털어냄으로써 필터의 세척이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 제작비용이 저렴하면서도 높은 유수분리성능을 발휘할 수 있고, 다양한 종류의 오일에 그 효과를 발휘하므로 범용성이 우수하여 기름성분을 포집하여 제거하는 성능이 우수하도록 할 수 있으며, 분자량 940만 이상으로 하여, 일반 HDPE나 저분자량의 UHMW PE보다 기름성분과 미세부유물질의 유착성이 뛰어나도록 할 수 있고, 내구성과 내마모성이 우수하도록 할 수 있으며, 미세한 기름성분과 미세부유물질 제거용으로 탁월한 성능을 나타낼 수 있다.
본 발명은 부피표면적당 넓은 표면적을 가질 수 있고, 근접한 수로를 형성하도록 불규칙하게 적층되어, 미세한 오염물 입자를 포집 또는 합체하는 물리적 현상만으로 기름성분과 미세부유물질을 집중적으로 포집하여, 유수분리시설 및 비점오염저감시설의 기름성분과 미세부유물질을 분리하는 탁월한 효과가 있도록 할 수 있다.
본 발명은 소재의 고유 비중과 넓은 표면적, 필터입자의 크기로 인해 수면으로부터 아래로 불규칙한 형태로 형성되어, 고압수 및 고압공기에 의해 유동이 쉽게 일어나 역세척 작업 시 작업시간이 단축될 수 있고, 고압 분사되는 공기나 고압수의 압력에 의해 필터가 부상과 침강을 반복하면서 세척이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터가 충진된 모습을 나타낸 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터의 평면화한 판상체를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터를 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터의 탄성변형상태를 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터가 비중에 의해 수면으로부터 통체 하부로 배열된 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터가 비중에 의해 수면으로부터 통체 하부로 배열된 다른 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터를 이용한 초기우수처리시설의 원수 시료 채취를 나타낸 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터를 이용한 초기우수처리시설의 처리수 시료 채취를 나타낸 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터를 이용한 초기우수처리시설의 원수 및 처리수 시료를 비교한 이미지이다.
본 발명은 다양한 변경에 의하여 여러 가지의 실시례를 가질 수 있으므로, 특정 실시례를 예로서 도면에 나타내어 설명하고자 한다. 또한 본 발명은 이러한 특정 실시례로 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례에 대해서 상세히 설명하기로 하며, 도면 부호에 관계없이 동일 내지 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터가 충진된 모습을 나타낸 이미지이고, 도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터의 평면화한 판상체를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터를 나타낸 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터의 탄성변형상태를 나타낸 정면도이다.
도 1 내지도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS®세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 분자량 940만~980만의 UHMW PE(Ultra High Molecurar Weight Polyethylene) 재질로 이루어지고, 너비(W) 25~30㎜, 길이(L) 40~50mm, 두께(t) 0.05~0.1㎜의 판상체(11; 도 3에 도시)를 휨 각도(α) 70~80°를 가지는 반타원형으로 휘도록 가공되어 이루어진다. 여기서, 휨 각도(α)는 양단 각각에 수직을 이루는 한 쌍의 직선(A,B)이 이루는 각도를 의미할 수 있다. 또한 반타원형은 길이방향의 단면 형상을 의미할 수 있다. 또한 AOS®는 대한민국 특허청에 상표등록 제40-0636263호, 제07류(증기오일분리기 등 4건)에 “A.O.S TYPE”으로 등록되어 있다.
본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 상기한 바와 같은 너비(W) 25~30㎜, 길이(L) 40~50mm, 두께(t) 0.05~0.1㎜의 규격 범위와, 휨 각도(α) 70~80°를 가지는 반타원형의 휨부재로 가공하여, 필터통체에 투입함으로써 필터통체 내에서 필터 각 입자의 유동이 용이하고, 장기간 사용시에도 필터 형상의 변형이 일어나지 않도록 구성된다. 또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)가 상기한 규격 범위와 휨 각도(α)의 범위를 벗어나는 경우, 필터통체 내에서 유동이 억제되고, 장시간 사용시 필터 형상의 변형을 초래하는 문제를 가진다. 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 ㎥당 2,100~4,200㎡의 표면적을 가질 수 있다. 이러한 단위 체적당 단위 표면적으로 인해 필터링의 고효율 유지와 함께 경제적인 사용을 가능하도록 한다.
본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 UHMW PE(Ultra High Molecurar Weight Polyethylene) 재질의 판상체(11; 도 3에 도시)에 열을 가하는 가공에 의한 열변형에 의해 휨 각도(α) 70~80°의 형태를 유지하도록 하는데, 본 발명의 수처리용 필터(10)가 이러한 열변형 가공에 의해 형성됨으로써, 외력 인가로 인해 어느 정도 변형이 유발되더라도 원상태를 유지하도록 하는 복원력이 뛰어나도록 한다.
본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 휨 각도(α)가 길이방향을 기준으로 휘어진 각도를 의미하고, 길이방향을 기준으로 양단의 최단거리가 80~120%가 되도록 신축이 이루어질 수 있다. 즉, 도 5에서와 같이, 외력에 의해 수축한 수처리용 필터(10')에서 길이방향 양단 최단거리(D1)와, 외력에 의해 팽창한 수처리용 필터(10")에서 길이방향 양단 최단거리(D2)는 외력이 인가되지 않은 원상태의 수처리용 필터(10)에서 길이방향 양단 최단거리(D)의 80~120% 범위에 머물도록 신축이 이루어질 수 있으며, 장기간 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)에 대한 역세척을 위해, 고압공기와 고압수에 의한 외력이 작용시, 휨의 허용에 의해 역세척이 원활하게 수행되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 비중이 0.97~0.98일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)가 필터통체에 투입시, 과도하게 부유하지 않고 적절하게 수중에 잠기도록 함으로써, 수처리 효율 증대에 크게 기여할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시례를 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4에서와 같이, 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 분자량 940만~980만의 HMW PE(Ultra High Molecurar Weight Polyethylene) 재질로 제작되어지고, 외력에 의해 펴짐 현상이 없도록 하기 위해 휨각도(α) 70~80°를 지속적으로 유지하기 위해 열 가공에 의해 형상이 지속적으로 유지되도록 한다.
본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)의 구조는 너비(W) 25~30㎜, 길이(L) 40~50mm, 두께(t) 0.05~0.1㎜, 휨 각도(α) 70~80°를 가지는 반타원형체로서, 역세척 작업시 고압수 및 고압공기에 의해 쉽게 유동이 일어나도록 하며, 단위 체적당 일정한 표면적, 예컨대 1㎥당 2,100~4,200㎡의 표면적을 가지도록 함으로써, 이러한 표면적의 최대화를 손쉬운 방법으로 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 비중이 0.97~0.98로 이루어짐으로써, 도 6 및 도 7에서와 같이, 적절한 수면 부유를 가능하도록 하는데, 비중이 0.98을 초과하는 경우, 중량이 물의 중량보다 커져 물에 부유하지 않고 가라앉기 때문에 유수분리 및 고형물제거기능을 수행할 수 없게 되며, 비중이 0.97 미만인 경우 과도한 부력으로 인해 수면 위 적정선을 벗어나 부상하며, 유량의 유입이 급격하게 이루어질 경우 유속에 의해 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)가 필터통체 상부와 밀착하게 되면서 필터통체 하부를 통해 유입오염수가 오염물이 제거되지 않은 상태에서 후단으로 배출되어, 유수분리 및 부유물질의 제거효율을 저하시키게 된다.
이러한 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 처리수가 관통하여 흐를 수 있도록 관통부가 타공판 또는 EX 평첩직망으로 제작된 필터통체 내에 다수로 채워져서 사용될 수 있고, 필터통체는 유수분리시설 및 비점오염저감시설의 기름성분과 부유물질을 제거하기 위한 목적으로 설치된다.
이때 필터의 충진밀도는 외압이 없는 자연상태에서 필터통체 용적의 80 ~ 85% 범위로 하여 역세척 작업시, 고압수 및 고압공기의 유동에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)의 유동성을 보장하도록 한다. 상기와 같이 설정된 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)의 충진밀도는 상호 근접한 간격을 이루면서 형성되는 필터와 필터 사이에 공간을 형성하고, 이 공간은 처리수와 공기가 흐르는 유로가 된다. 또한 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)의 반타원형 구조에 의해 형성되는 빈 내부공간에 의해서도 처리수와 공기가 흐르는 유로를 형성한다. 따라서 필터통체의 통로로 흐르는 기름성분이 포함된 처리수가 필터통체를 통과하게 되면, 기름성분은 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)의 표면과 공간 사이를 타고 이동하면서 합체된다. 합체된 기름액적의 크기가 증가하면, 유수분리시설 및 비점오염저감시설에서는 부상하여 물로부터 제거되고, 처리수는 외부로 배출하게 된다.
이때, 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 마름모꼴 반구형상의 타원형체로 형성되어 있기 때문에 유체의 흐름 압력에 의한 외력 또는 근접한 필터 간의 밀착력이 작용하게 되면, 필터가 불규칙한 상태로 배열된 틈을 따라 정전기력과 반데발스 힘, 층류(laminar flow)에 의한 입자간의 내부표면 장력에 의하여 합체된 기름성분의 부상을 더욱 원활하게 하고, 필터의 표면에 부착되는 기름방울들을 연속적으로 털어내게 된다.
본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)는 정전기력, 반데발스 힘, 층류에 의한 입자간의 내부표면 장력에 의한 UHMW PE 소재로 제작되므로, 일반적으로 알려진 PE의 물리화학적 특성과 같은 내마모성, 내충격성 및 자기 윤활성이 높고, 내약품성 및 내기후성이 강하며, 무독성, 비흡수성, 전기 절연성 및 고주파특성을 가진다.
본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)에 대한 유수분리성능을 규명하기 위하여, 시간당 340㎥ 처리용량의 실증 처리시설을 제작하여, 모처의 유류저장시설의 수로에 설치하였다. 이 처리시설의 수로에 본 발명의 일 실시례를 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)를 충진한 필터통체를 배치하였으며, 필터여재의 고유비중 0.97~0.98을 유지함으로써, 대용량의 우수가 유입될 때도 수면 아래로 필터여재가 배치되어, 기존 필터여재가 수면상부로 부상하는 사례가 발생하지 않았음을 확인하였으며(도 6 및 도 7 참조), 강우 시 실제 유류저장지역 주변에서 처리시설로 유입되는 유류 및 미세부유물질이 함유된 유입수와 처리수를 각각 채취하여 상태를 조사하였다(도 8 ~ 도 10 참조).
실증 플랜트로서 실험의 공정을 기하기 위해, 해당지역 강우시 처리시설로 유입되는 오염된 우수와 처리수를 각각 채취하여, 실험하여 아래의 표 1과 같은 결과를 얻었다.
유입량
340㎥/hr
1차 (7/6 13:00) 2차 (7/6 13:40) 3차 (7/6 14:40)
시료항목 유입수 유출수 처리효율
(%)
유입수 유출수 처리효율
(%)
유입수 유출수 처리효율
(%)
COD mg/L 22.9 9.0 60.69 24.0 8.7 63.7 24.0 9.0 62.5
BOD mg/L 90.6 2.5 97.2 86.6 2.8 96.7 88.6 2.1 97.6
SS mg/L 754.0 8.8 98.8 439.5 4.8 98.9 652.5 4.8 99.2
T-N mg/L 9.698 1.825 81.18 7.925 1.330 83.2 9.828 1.798 81.7
T-P mg/L 1.716 0.321 81.29 1.315 0.259 80.3 1.552 0.308 80.15
n-H mg/L 5825.2 불검출 100 3198.2 0.4 99.98 5861.8 불검출 100
본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)를 이용한 시험결과에서 나타나듯이, 시험장비가 아닌 처리용량 340㎥/hr의 실증 플랜트에서 SS(미세부유물질)와 n-H(광물성유 및 동식물성유)에 대한 처리효율이 3차례에 걸친 시료 채취기간(100분)동안 처리효율이 변동없이 처리성능을 나타내었으며, SS(미세부유물질)와 n-H(광물성유 및 동식물성유)의 제거효과에 따라, COD, BOD, T-N, T-P와 같은 오염물질들의 제거효과까지 나타난 것이 기존 시험용 장비에 충진된 고분자 부유 필터의 처리효율(표 2)에 비해, 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)를 사용한 실증 플랜트에서 나타난 결과가 처리효율 및 처리안정성에서 우수함을 알 수 있다.
성 분 유입량
(㎥/h)
종래기술
유입수(mg/L) 유출수(mg/L) 처리효율(%)
n-Hexane
추출물
0.1 84.5 4.7 94.4
0.2 102.9 5.3 94.8
0.3 81.5 5.9 92.8
0.6 86.7 12.5 85.6
0.9 86.2 26.2 69.6
부유성고형물 0.1 1082 52.3 95.2
0.2 1250 73.5 94.1
0.3 1320 103.2 92.2
0.6 1530 135.7 91.1
0.9 1450 194.8 86.6
CODcr 0.1 425 19.4 95.4
0.2 436 23.5 94.6
0.3 455 31.4 93.1
0.6 504 43.2 91.4
0.9 470 58.5 87.6
특히 표 1 및 표 2의 비교에서도 알 수 있듯이, n-Hexane 추출물에 대한 처리효율은 본 발명이 종래기술에 비하여 향상되었으며, 무엇보다 대용량의 처리시설에서 유입원수의 농도가 69배가 증가한 가운데, 처리효율의 변화없이 청정지역 방류기준인 1mg/L 이하를 달성하게 됨으로써, 종래 기술에 비해 현저히 개선되었으며, 국내,외 청정지역에 해당하는 수변구역 내의 수처리 시설에 적용 가능하다는 것이 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)의 큰 장점이라 할 수 있다.
아래의 표 3에서는 2013.9.5자로 개정된 수질오염물질의 배출허용기준(제34조 관련)을 나타내는데, 본 발명의 일 실시례에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터(10)에 따르면, 표 3의 수질오염물질의 배출허용기준을 만족하게 된다.
6) 2016년 1월 1일부터 적용되는 기준
지역 구분
항 목
청정
지역

지역

지역
특례
지역
수온이온농도 5.8 ~ 8.6 5.8 ~ 8.6 5.8 ~ 8.6 5.8 ~ 8.6
노말헥산추출물질함유량 광유류 (㎎/L) 1 이하 5 이하 5 이하 5 이하
동식물유지류(㎎/L) 5 이하 30 이하 30 이하 30 이하
페놀류함유량(㎎/L) 1 이하 3 이하 3 이하 5 이하
시안함유량(㎎/L) 0.2 이하 1 이하 1 이하 1 이하
크롬함유량(㎎/L) 0.5 이하 2 이하 2 이하 2 이하
용해성철함유량(㎎/L) 2 이하 10 이하 10 이하 10 이하
아연함유량(㎎/L) 1 이하 5 이하 5 이하 5 이하
구리(동)함유량(㎎/L) 1 이하 3 이하 3 이하 3 이하
카드뮴함유량(㎎/L) 0.02 이하 0.1 이하 0.1 이하 0.1 이하
수은함유량(㎎/L) 0.001 이하 0.005 이하 0.005 이하 0.005 이하
유기인함유량(㎎/L) 0.2 이하 1 이하 1 이하 1 이하
비소함유량(㎎/L) 0.05 이하 0.25 이하 0.25 이하 0.25 이하
납함유량(㎎/L) 0.1 이하 0.5 이하 0.5 이하 0.5 이하
6가크롬함유량(㎎/L) 0.1 이하 0.5 이하 0.5 이하 0.5 이하
용해성망간함유량(㎎/L) 2 이하 10 이하 10 이하 10 이하
플로오르(불소)함유량(㎎/L) 3 이하 15 이하 15 이하 15 이하
PCB함유량(㎎/L) 불검출 0.003 이하 0.003 이하 0.003 이하
총대장균군(群)(총대장균군수)(㎖) 100 이하 3,000 이하 3,000 이하 3,000 이하
색도(도) 200 이하 300 이하 400 이하 400 이하
온도(℃) 40 이하 40 이하 40 이하 40 이하
총질소(㎎/L) 30 이하 60 이하 60 이하 60 이하
총인(㎎/L) 4 이하 8 이하 8 이하 8 이하
트리클로로에틸렌(㎎/L) 0.06 이하 0.3 이하 0.3 이하 0.3 이하
테트라클로로에틸렌(㎎/L) 0.02 이하 0.1 이하 0.1 이하 0.1 이하
음이온계면활성제(㎎/L) 3 이하 5 이하 5 이하 5 이하
벤젠(㎎/L) 0.01 이하 0.1 이하 0.1 이하 0.1 이하
디클로로메탄(㎎/L) 0.02 이하 0.2 이하 0.2 이하 0.2 이하
생태독성(TU) 1 이하 2 이하 2 이하 2 이하
셀레늄함유량(㎎/L) 0.1 이하 1 이하 1 이하 1 이하
사염화탄소(㎎/L) 0.004 이하 0.04 이하 0.04 이하 0.08 이하
1,1-디클로로에틸렌(㎎/L) 0.03 이하 0.3 이하 0.3 이하 0.6 이하
1,2-디클로로에탄(㎎/L) 0.03 이하 0.3 이하 0.3 이하 0.3 이하
클로로포름(㎎/L) 0.08 이하 0.8 이하 0.8 이하 0.8 이하
니켈(㎎/L) 0.1 이하 3.0 이하 3.0 이하 3.0 이하
바륨(㎎/L) 1.0 이하 10.0이하 10.0 이하 10.0 이하
1,4-다이옥산(㎎/L) 0.05 이하 4.0 이하 4.0 이하 4.0 이하
디에틸헥실프탈레이트(DEHP)(㎎/L) 0.02 이하 0.2 이하 0.2 이하 0.8 이하
염화비닐(㎎/L) 0.01 이하 0.5 이하 0.5 이하 1.0 이하
아크릴로니트릴(㎎/L) 0.01 이하 0.2 이하 0.2 이하 1.0 이하
브로모포름(㎎/L) 0.03 이하 0.3 이하 0.3 이하 0.3 이하
나프탈렌(㎎/L) 0.05 이하 0.5 이하 0.5 이하 0.5 이하
폼알데하이드(㎎/L) 0.5 이하 5.0 이하 5.0 이하 5.0 이하
에피클로로하이드린(㎎/L) 0.03 이하 0.3 이하 0.3 이하 0.3 이하
톨루엔(㎎/L) 0.7 이하 7.0 이하 7.0 이하 7.0 이하
자일렌(㎎/L) 0.5 이하 5.0 이하 5.0 이하 5.0 이하
비고
1. 색도항목의 배출허용기준은 별표 4 제2호18)의 섬유염색 및 가공시설, 같은 호 19)의 기타 섬유제품 제조시설 및 같은 호 23)의 펄프ㆍ종이 및 종이제품(색소첨가 제품만 해당한다) 제조시설에만 적용한다.
2. 생태독성 배출허용기준은 물벼룩에 대한 급성독성시험을 기준으로 하며, 별표 4 제2호의 3), 12), 14), 17)부터 20)까지, 23), 26), 27), 30), 31), 33)부터 40)까지, 46), 48)부터 50)까지, 54), 55), 57)부터 60)까지, 63), 67), 74), 75) 및 80)에 해당되는 폐수배출시설에만 적용한다. 다만, 해당 사업장에서 배출되는 폐수를 모두 폐수종말처리시설 또는 「하수도법」 제2조제9호에 따른 공공하수처리시설에 유입시키는 폐수배출시설에는 적용하지 아니한다.
3. 생태독성 배출허용기준 초과의 경우 그 원인이 오직 염(산의 음이온과 염기의 양이온에 의해 만들어지는 화합물을 말한다. 이하 같다) 성분 때문으로 증명된 때에는 그 폐수를 다음 각 목의 어느 하나에 해당하는 방법으로 방류하는 경우에 한정하여 생태독성 배출허용기준을 초과하지 아니한 것으로 본다.
가. 법 제2조제9호의 공공수역 중 항만ㆍ연안해역에 방류하는 경우
나. 법 제2조제9호의 공공수역 중 항만ㆍ연안해역을 제외한 곳으로 방류하는 경우(2010년 12월 31일까지 설치허가 또는 변경허가를 받거나 설치신고 또는 변경신고를 한 폐수배출시설로 한정한다). 이 경우 시ㆍ도지사는 「환경기술개발 및 지원에 관한 법률」 제12조에 따른 환경기술지원을 받게 하고, 그 결과를 제출하게 할 수 있다.
4. 제3호에 따른 생태독성 배출허용기준 초과원인이 오직 염 성분 때문이라는 증명에 필요한 구비서류, 절차ㆍ방법 등에 관하여 필요한 사항은 국립환경과학원장이 정하여 고시한다.
5. 특례지역 내 폐수배출시설에서 발생한 폐수를 폐수종말처리시설에 유입하지 아니하고 직접 방류할 경우에는 해당 지역 구분에 따른 배출허용기준을 적용한다.
이와 같은 본 발명에 따른 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터에 따르면, UHMW PE 소재의 흡착성과 내마모성, 정전기력과 반데발스 힘, 층류(laminar flow)에 의한 입자간의 내부표면 장력을 이용하여, 폐수 및 우수속에 함유된 기름성분과 미세한 부유물질들을 제거할 수 있으며, 필터 입자간의 공극이 조밀하여 부피표면적당 넓은 표면적을 가지고 있어, 미세한 오염물 입자의 포집 및 합체하는 물리적 현상이 탁월하여, 유수분리조 및 비점오염저감시설의 오염물질을 분리하는 효과가 뛰어나도록 할 수 있다.
본 발명은 처리시설 내에 투입시, 수면으로부터 하부로 필터층이 형성되며, 고압수 및 고압공기의 투입으로 쉽게 유동이 되도록 하여, 필터 표면에 부착된 고형물을 털어냄으로써 필터의 세척이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 제작비용이 저렴하면서도 높은 유수분리성능을 발휘할 수 있고, 다양한 종류의 오일에 그 효과를 발휘하므로 범용성이 우수하여 기름성분을 포집하여 제거하는 성능이 우수하도록 할 수 있으며, 분자량 940만 이상으로 일반 HDPE나 저분자량의 UHMW PE보다 기름성분과 미세부유물질의 유착성이 뛰어나도록 할 수 있고, 내구성과 내마모성이 우수하도록 할 수 있으며, 미세한 기름성분과 미세부유물질 제거용으로 탁월한 성능을 나타낼 수 있다.
본 발명은 부피표면적당 넓은 표면적을 가질 수 있고, 근접한 수로를 형성하도록 불규칙하게 적층되어, 미세한 오염물 입자를 포집 또는 합체하는 물리적 현상만으로 기름성분과 미세부유물질을 집중적으로 포집하여, 유수분리시설 및 비점오염저감시설의 기름성분과 미세부유물질을 분리하는 탁월한 효과가 있도록 할 수 있다.
본 발명은 소재의 고유 비중과 넓은 표면적, 필터입자의 크기로 인해 수면으로부터 아래로 불규칙한 형태로 형성되어, 고압수 및 고압공기에 의해 유동이 쉽게 일어나 역세척 작업 시 작업시간이 단축될 수 있고, 고압 분사되는 공기나 고압수의 압력에 의해 필터가 부상과 침강을 반복하면서 세척이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터를 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 실시례에 국한되어 정해져서는 아니되며, 특허청구범위, 그리고 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터
11 : 판상체

Claims (5)

  1. 분자량 940만~980만의 UHMW PE(Ultra High Molecurar Weight Polyethylene) 재질로 이루어지고,
    너비 25~30㎜, 길이 40~50mm, 두께 0.05~0.1㎜의 판상체를 휨 각도 70~80°를 가지는 반타원형으로 휘도록 가공되어 이루어지며,
    열을 가하는 가공에 의한 열변형에 의해 상기 휨 각도 70~80°의 형태를 유지하도록 하며, 상기 휨 각도가 양단 각각에 수직을 이루는 한 쌍의 직선이 이루는 각도이고,
    비중이 0.97~0.98이며,
    1㎥당 2,100~4,200㎡의 표면적을 가지고,
    상기 휨 각도가 길이방향을 기준으로 휘어진 각도를 의미하며,
    상기 길이방향을 기준으로 양단의 최단거리가 80~120%가 되도록 신축이 이루어지는, AOS® 세퍼레이터에 적용되는 UHMW PE 소재를 이용한 수처리용 필터.
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