KR102377990B1 - 유효공극 가변형 필터 및 이를 구비한 오염수 처리용 필터장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염수를 정화하는 필터에 관한 것으로, 작은 공간 내에서 큰 여과면적을 확보하여 오염수의 여과성능을 높일 수 있고, 필터의 역세시 역세공기를 사용하여 저렴한 비용으로 필터막을 완벽히 재생시킬 수 있는 유효공극 가변형 필터를 제공한다. 이를 위한 본 발명의 유효공극 가변형 필터는, 유동 가능한 재질로 구성되고, 일단이 폐쇄되고 타단이 부분적으로 개방된 원통형 주머니 형상을 가지며 오염물질이 여과되는 다수의 공극이 형성된 필터막과; 상기 필터막의 내부 중앙에 배치되고 일단이 필터막의 개방된 타단 외측으로 인출되어 필터막을 거쳐 여과된 여과수가 포집된 후 외부로 배출되는 한편 필터막의 역세시 외부로부터 제공되는 역세공기가 내부로 유입된 후 상기 필터막 측으로 배출되는 집수관; 및 물보다 비중이 낮고 유동성을 갖는 알갱이 형태로 이루어져 필터막과 집수관 사이의 공간에 복수 개가 충진되는 유동성 여재;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

유효공극 가변형 필터 및 이를 구비한 오염수 처리용 필터장치{Effective pore adjustable filter and apparatus for treatment contaminated water using the same}

본 발명은 오염수 처리용 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작은 공간 내에서 큰 여과면적을 확보하여 오염수의 여과효율을 높일 수 있고, 필터의 역세시 역세공기를 사용하여 저렴한 비용으로 필터를 재생시킬 수 있는 유효공극 가변형 필터 및 이를 구비한 오염수 처리용 필터장치에 관한 것이다.

일반적으로, 오염수에 섞여있는 오염물질은 오염원의 종류에 따라서 다양한 종류가 존재하며, 이러한 대표적인 예로는, 단순히 물에 섞여 이동하는 입자상 물질, 물에 용해되지는 않지만 물과 함께 부유하면서 이동하는 기름이나 유지류, 물에 용해되거나 콜로이드 상태로 되어 물과 함께 이동하는 용해성 물질 등이 있으며, 오염원의 종류에 따라 그에 맞는 필터재를 사용함으로써 오염수를 정화 처리하게 된다.

기존의 오염수 처리를 위한 필터장치의 일 예로서, 대한민국 특허등록 제10-0964485호에 "오염수 정화필터"가 개시되어 있다. 이 특허문헌에 개시된 오염수 정화필터는 오염수에 포함된 부유물질을 포집하는 프리필터와, 부유물질이 걸러진 오염수가 인입될 수 있도록 다수의 인입공이 형성된 인입통과, 다수의 인입공을 통해 인입된 오염수의 오염물질을 정화시키는 필터재와, 필터재에 의해 정화된 정화수가 배출되도록 다수의 배출공이 형성된 배출관을 포함하는 구성으로 이루어진다.

따라서, 오염수 정화필터의 하측에서 케이싱 내부로 오염수가 유입되면, 프리필터에 의해서 오염수에 포함된 입자상 부유물질이 포집되고, 입자상 부유물질이 걸러진 오염수는 프리필터의 내측으로 유입되어 인입공을 통해 인입통의 내측으로 유입된 다음 필터재를 통과하면서 정화되고, 정화된 정화수는 배출관의 배출공을 통해 유출되어 배출구를 통해 외부로 배출되는 것이다.

그러나, 상기한 구성을 갖는 종래의 오염수 정화필터는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫 번째로, 오염수에 포함된 입자상의 부유물질이 걸러지는 프리필터와, 프리필터의 내측에 배치되어 오염수를 정화하는 필터재 등의 여재가 고정된 형태의 설치구조를 이루고 있으며, 이와 같은 고정형 여재를 구비한 탱크형 오염수 정화필터는 역세시 대량의 역세수를 소모하게 되어 비경제적인 단점이 있었다.

두 번째로, 상기와 같은 종래의 오염수 정화필터는 필터의 역세시 모터나 액츄에이터 등의 구동장치를 사용하여 역세하게 되는데, 이 경우 모터나 액츄에이터 등과 같이 부피가 큰 기계적인 구동장치를 통해 역세하게 됨으로써 오염수 정화필터의 전체 장치의 규모가 커지고, 역세 시간이 크게 증가되는 단점이 있다. 아울러, 필터의 역세시 구동장치에 의한 빈번한 기계적 움직임으로 인해 여재로 사용되는 프리필터, 필터재 등의 여재가 손상되는 단점이 있었다.

세 번째로, 상기한 종래의 오염수 정화필터 구조는 오염물의 여과속도가 상당히 커서 고농도의 슬러지가 필터로 유입될 경우 필터 공극이 급격히 막히는 현상이 발생하게 되어 여과시 목표로 하는 여과 유량을 충분히 확보할 수 없는 단점이 있었다.

대한민국 특허등록 제10-1746341호(2017.06.05)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 작은 공간 내에서 큰 여과면적을 확보할 수 있고, 단위 필터당 여과속도를 작게 구현하여 오염수의 여과과정에서 필터 공극의 급속한 폐쇄를 방지할 수 있는 유효공극 가변형 필터를 제공하는 데에 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 오염수 여과시 필터 표면에 슬러지가 천천히 부착되도록 유도하여 슬러지 입자들 간에 유효공극이 형성되도록 함으로써 슬러지 입자들 간에 형성된 유효공극을 통해 오염물 여과를 위한 또 다른 여재 기능이 발현되도록 하여 여과효율을 극대화시킬 수 있는 유효공극 가변형 필터를 제공하는 데에 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 필터 표면에 슬러지가 적층되어 필터 세척이 필요할 경우 필터의 안쪽에서 바깥쪽으로 공기를 불어 넣어 역세 가능하도록 구현함으로써 필터의 역세시 역세수의 과다 사용으로 인한 비용증가를 억제할 수 있고, 필터의 역세시 역세공기를 통해 필터 표면에 부착된 슬러지를 용이하게 탈리시켜 필터의 완벽한 재생을 도모할 수 있는 유효공극 가변형 필터를 제공하는 데에 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유효공극 가변형 필터는, 유동 가능한 재질로 구성되고, 일단이 폐쇄되고 타단이 부분적으로 개방된 원통형 주머니 형상을 가지며 오염물질이 여과되는 다수의 공극이 형성된 필터막과; 상기 필터막의 내부 중앙에 배치되고 일단이 필터막의 개방된 타단 외측으로 인출되어 필터막을 거쳐 여과된 여과수가 포집된 후 외부로 배출되는 한편 필터막의 역세시 외부로부터 제공되는 역세공기가 내부로 유입된 후 상기 필터막 측으로 배출되는 집수관; 및 물보다 비중이 낮고 유동성을 갖는 알갱이 형태로 이루어져 필터막과 집수관 사이의 공간에 복수 개가 충진되는 유동성 여재;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 유동성 여재의 유효직경은 100㎛~200㎛ 범위 내에서 형성될 수 있다.

또한, 상기 유동성 여재에 의해 상호 이격된 필터막과 집수관의 상대거리는 최소 15mm 이상 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 집수관은 필터막의 내부 중앙에 배치되어 필터막을 거쳐 여과된 여과수가 포집되는 제1집수관과; 상기 제1집수관의 내부에 배치되며 일단이 필터막의 개방된 타단 외측으로 인출되어 필터막을 거쳐 여과된 여과수가 제1집수관을 거쳐 내부로 유입된 후 외부로 배출되는 한편 필터막의 역세시 외부로부터 제공되는 역세공기가 내부로 유입된 후 제1집수관을 거쳐 필터막 측으로 배출되는 제2집수관;을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 제2집수관의 한쪽 끝단이 제1집수관의 길이 1/2 지점에 위치하도록 구성할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 오염수 처리용 필터장치는 상기한 구성을 가지는 유효공극 가변형 필터 복수 개가 종방향 및 횡방향으로 일정 간격을 두고 배치되어 각 유효공극 가변형 필터의 집수관이 필터 헤드와 서로 연통된 구조를 형성하며, 상기 각 유효공극 가변형 필터의 집수관에 포집된 여과수가 상기 필터 헤드를 통해 외부로 배출되는 한편, 필터막의 역세시 외부로부터 제공되는 역세공기가 상기 필터 헤드와 연통된 각 유효공극 가변형 필터로 제공되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 유효공극 가변형 필터의 구성에 의하면, 기존에 대량의 물을 여과함에 있어 소모되는 많은 유량의 역세수로 인한 수율 하락을 방지할 수 있고, 기존 필터에 비해 상대적으로 작은 공간 내에서 큰 여과면적을 확보할 수 있기 때문에 여과효율을 향상시킬 수 있고, 필터의 설치시 아주 작은 공간만으로 필터의 설치가 가능하여 필터장치의 구축에 따른 비용을 크게 절감시킬 수 있다.

또한, 단위 필터당 여과속도를 작게 구현함으로써 오염물질의 여과시 오염물질이 필터의 공극을 막아 발생하는 급속한 필터 공극의 폐쇄를 방지할 수 있기 때문에 여과 기작이 안정적으로 진행될 수 있는 장점이 있다.

또한, 슬러지가 많이 포함된 오염수에서도 슬러지에 의해 필터 공극이 폐쇄되는 시간을 최대한 지연시킬 수 있기 때문에 필터의 빈번한 역세를 방지할 수 있고, 계절 및 지역 환경에 따라 빈번히 변화되는 오염수 상태에 관계없이 여과성능을 충분히 발휘할 수 있는 장점이 있다.

또한, 필터의 역세시 역세수를 다량 소모하는 기존 필터의 일반적인 역세 방식에서 탈피하여 공기로 필터를 역세시키기 때문에 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 필터막과 집수관 사이의 내부공간에 유동성이 있는 여재가 구비됨에 따라, 오염물 여과시 여과수의 흐름에 따라 발생하는 흡입압 및 수류에 의한 유동성 여재의 압축에 의해 필터막이 수축되어 필터 공극이 작아지기 때문에 여과효율을 높일 수 있고, 역세시에는 공기에 의한 유동성 여재들의 확산으로 인해 필터막이 반경방향으로 팽창됨에 따라 필터 표면에 부착된 슬러지를 용이하게 탈리시켜 역세 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 필터막과 집수관에 의한 여과수 포집비율이 작아짐에 따라 필터막을 통과하는 여과수의 평균 여과속도가 낮아지게 되어 필터막 표면에 슬러지가 축적되는 시간을 지연시킬 수 있고, 이로 인해 필터 표면에 축적된 슬러지층이 스폰지처럼 밀도가 낮아지게 됨으로써 슬러지가 필터의 공극을 막아 여과 기작을 방해하는 것을 최대한 지연시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 필터막 표면에 슬러지가 천천히 부착되도록 하여 슬러지 입자들 간에 공극을 형성하도록 함으로써 슬러지 입자들 간에 형성된 공극을 통해 또 다른 여재 기능을 수행할 수 있기 때문에 여과효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 필터의 역세시 역세공기를 필터 안쪽에서 바깥쪽으로 불어넣음으로써 필터막 표면에 적층된 슬러지층을 필터막 표면으로부터 쉽게 탈리시킬 수 있고, 이에 따라 필터의 재생효율을 크게 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시 예에 따른 유효공극 가변형 필터의 요부 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 유효공극 가변형 필터에 의한 오염수 여과시 필터막과 유동성 여재의 수축 유동을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 유효공극 가변형 필터의 역세시 필터막과 유동성 여재의 팽창 유동을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 유효공극 가변형 필터의 여과시간에 따른 여과성능을 보여주는 그래프.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 유효공극 가변형 필터를 구비한 오염수 처리용 필터장치의 평면 및 측면 모습을 각각 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유효공극 가변형 필터의 구성을 보여주는 도면.

아래에서는 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 국한되지 않는다. 또한, 상세한 설명 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미함을 밝혀둔다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따른 유효공극 가변형 필터의 구성을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 유효공극 가변형 필터의 요부 구성을 보여주고 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유효공극 가변형 필터(100)는 오염수에 포함된 오염물질의 여과를 위한 다수의 공극(112)이 형성된 필터막(110)과, 필터막(110)의 내부에 배치되며 필터막(110)을 거쳐 여과된 여과수가 포집되는 집수관(120)과, 유동성을 갖는 알갱이 형태로 이루어져 필터막(110)과 집수관(120) 사이의 공간에 충진되는 복수의 유동성 여재(130)를 포함하여 구성된다.

필터막(110)은 한쪽 단부가 폐쇄되고 다른 한쪽 단부가 부분적으로 개방된 원통형의 주머니 형상 구조로 형성되며, 상기 필터막(110)의 표면에는 오염수에 포함된 오염물질이 여과되는 다수의 공극(112)이 형성된다.

상기 필터막(110)은 일정 수준의 팽창 또는 수축이 가능한 유동성 있는 수지재질로 구성되는데, 바람직하게는 폴리에틸렌(PE) 재질로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 필터막(110)에 형성되는 공극(112)은 20~40㎛의 직경 크기로 형성될 수 있다. 이는 100~200㎛의 직경 크기 형성되는 유동성 여재(130) 보다 직경이 작기 때문에, 필터의 역세시 유동성 여재(130)가 필터막(110)의 공극(112)을 통해 외부로 빠져나갈 수 없게 구속하게 된다.

집수관(120)은 필터막(110)의 내부 중앙에 배치되며 한쪽 단부가 필터막(110)의 개방된 단부 외측으로 인출되어 상기 필터막(110)을 거쳐 여과된 여과수가 집수관(120) 내부에 포집된 후 외부로 배출될 수 있다.

아울러, 집수관(120)에는 필터막(110)의 역세시 외부로부터 제공되는 역세공기(Air)가 유입되며, 상기 집수관(120)으로 유입된 역세공기는 그 주변의 필터막(110) 측으로 배출되어 필터막(110) 표면에 부착된 슬러지를 탈리시켜 필터막을 역세시킬 수 있다.

이를 위해, 집수관(120)의 표면에는 필터막(110)을 통해 여과된 여과수를 내부로 유입시키는 한편 역세시 역세공기가 배출될 수 있는 다수의 공극(부호 미표기)이 형성된다.

이와 같은 집수관(120)은 10~15㎛의 공극이 전면에 분포된 형태의 관 형상을 가지며 쉽게 변형되지 않는 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 집수관(120)이 고정 상태를 유지할 수 있도록 필터막(110)의 한쪽 단부에는 집수관(120)이 중심부를 관통하면서 집수관(120)을 고정 및 지지하는 고정판(132)이 설치될 수 있다.

이와 같은 집수관(120)과 필터막(110)의 표면적 비율은 1/16 이하로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 필터막(110)과 집수관(120) 사이의 내부공간에는 필터막(110)을 통해 일차적으로 여과된 오염수가 내부공간에서 이차적으로 여과될 수 있도록 유동성을 갖는 알갱이 형태의 복수 개의 유동성 여재(130)가 충진된다.

이 경우, 상기 유동성 여재(130)를 비롯한 상기 필터막(110)은 물에 녹지 않고 물에 의한 화학적 변화가 유발되지 않는 소재로 구성될 수 있다.

특히, 상기 유동성 여재(130)는 물보다 비중이 낮은 재질로 구성되어 작은 알갱이 형태로 구비되는데, 이러한 유동성 여재(130)의 유효직경은 40㎛ 이상의 크기로 구비되며 최대 2mm를 넘지 않는 크기로 구비될 수 있다.

바람직하게는 상기 유동성 여재(130)의 유효직경이 100㎛~200㎛ 범위 내의 크기를 갖도록 함으로써 필터의 역세시 필터막(110)에 형성된 공극(112)을 통해 유동성 여재(130)가 빠져나가지 않도록 할 수 있다.

그리고, 상기 유동성 여재(130)에 의해 상호 이격된 필터막(110)과 집수관(120) 사이의 상대거리는 어느 지점에서나 최소 15mm 이상 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 필터막(110)의 단부 외측으로 인출된 집수관(120) 부분에는 필터막(110) 및 유동성 여재(130)를 통해 여과된 여과수가 집수관(120) 내부에 포집된 후 외부로 배출시 여과수의 흐름을 개폐할 수 있는 여과수 개폐밸브(140)가 설치될 수 있다.

아울러, 필터막(110)의 외측으로 인출된 집수관(120) 부분에는 필터막(110)의 역세시 외부로부터 집수관(120) 내부로 역세공기를 공급해줄 수 있도록 역세공기가 공급되는 역세공기 공급관(150)이 연통 형성될 수 있다.

이때, 역세공기 공급관(150)은 여과수 개폐밸브(140)를 기준으로 그 상류측에 위치한 집수관(120) 부분에 연통되도록 구성할 수 있다.

또한, 역세공기 공급관(150)에는 집수관(120) 내부로 유입되는 역세공기의 흐름을 개폐하는 역세공기 개폐밸브(160)가 설치될 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 유효공극 가변형 필터는 오염수의 여과작용시 역세공기 개폐밸브(160)는 폐쇄되고 여과수 개폐밸브(140)는 개방된 상태에서 오염수의 여과작용이 이루어지게 된다.

오염수의 여과 초기에는 도 1에서 보는 것과 같이 유동성을 갖는 필터막(110)이 느슨한 상태로 유지되고 필터막(110) 내부에 충진된 유동성 여재(130)들 간의 간격 또한 일정수준 벌어진 간격 상태로 유지되다가, 집수관(120) 내부의 여과수 흐름에 의해 발생하는 흡입압(부압)과 수류에 의한 압력에 의해 유동성 여재(130)들이 집수관(120) 주위로 밀집하면서 유동성을 갖는 필터막(110)은 일정수준 수축이 이루어지게 되고, 이로 인하여 집수관(120) 주위에 압밀된 상태의 유동성 여재(130)들 간에 형성되는 유효공극 크기가 작아지게 됨으로써 오염수 중에 포함된 작은 입자 크기를 갖는 슬러지가 걸러질 수 있다.

여기서, 상기의 유효공극은 원통형 필터막(110) 내부에 채워지는 유동성 여재(130)들 간에 형성되는 공극으로, 이러한 유효공극은 1~5㎛ 정도의 크기를 갖게 된다.

이러한 유효공극은 유동성 여재(130)들이 밀집되어 간격이 좁아지거나 유동성 여재(130)가 분산되어 간격이 벌어지는 과정에서 유동성 여재(130)들 간의 공극 간격이 가변될 수 있는 것이다.

즉, 여과가 이루어지는 경우에는 유체의 유동 압력에 의해 유동성 여재(130)가 집수관(120) 주위로 모여 밀집된 압밀 상태로 유지되어 유동성 여재(130) 사이의 유효공극은 작아지고, 역세시에는 역세공기에 의해 반경방향으로 확산되는 유동성 여재(130)들로 인해 유동성을 갖는 필터막(110)이 반경방향으로 팽창됨으로써, 유동성 여재(130)들 간의 유효공극은 커지게 된다.

이에 따라, 유동성 여재(130)들 간의 유효공극이 작아지는 여과시에는 작은 입자 크기를 가지는 슬러지가 쉽게 걸러질 수 있고, 필터의 역세시에는 유동성을 갖는 필터막(110)의 표면에 부착된 슬러지(S)가 역세공기와 유동성 여재(130)들의 확산으로 팽창 유동하는 필터막(110)에 의해 쉽게 탈리될 수 있다.

이때, 유효공극의 크기가 작아지게 될 경우 작은 입자 크기를 가지는 슬러지도 쉽게 걸러질 수 있지만, 집수관(120)으로 포집되는 여과수 포집량은 상대적으로 작을 수 있다.

그리고, 유효공극의 크기가 작아짐에 따라 필터막(110)을 통과하는 여과수의 평균 유속이 낮아지게 됨으로써 필터막(110) 표면에 슬러지의 축적을 천천히 일어나도록 유도할 수 있다. 이에 따라 필터막(110) 표면에 적층되는 슬러지층이 마치 스폰지처럼 밀도가 낮아진 상태로 적층될 수 있고, 이로 인하여 적층된 슬러지층이 여과기작을 방해하는 것을 효과적으로 지연시킬 수 있다.

한편, 필터의 역세시에는 여과수 개폐밸브(140)는 폐쇄되고 역세공기 개폐밸브(160)는 개방된 상태에서 역세공기 공급관(150)을 통해 집수관(120) 내부로 역세공기를 불어 넣어 필터막(110) 표면에 적층된 슬러지를 제거하게 되며, 이 경우 도 3에서 보는 것과 같이 역세공기에 의해 필터막(110)이 팽창되면서 공극(112)의 크기도 확장되며 상기 공극(112)을 통해 토출되는 역세공기에 의해 낮은 밀도를 가지며 필터막(110) 표면에 적층되어 있는 슬러지층(S)이 필터막(110) 표면으로부터 쉽게 탈리됨으로써 필터의 역세가 쉽고 빠르게 이루어질 수 있다.

이와 같이, 필터막(110)과 집수관(120) 사이에 채워진 복수의 유동성 여재(130)들로 인해 필터막(110)에 비해 집수관(120)의 면적이 작게 유지됨으로써, 필터막(110)을 통과하는 여과수의 평균유속이 낮아지게 되어 필터막(110) 표면에 슬러지의 축적이 느리게 일어나도록 유도할 수 있고, 역세시에는 역세공기에 의한 유동성 여재(130)들의 반경방향으로의 확산으로 인해 유동성을 갖는 필터막(110)이 반경방향으로 팽창되어, 표면에 부착된 슬러지를 탈리시킴으로써, 역세공기에 의한 필터의 역세 효과를 높일 수 있으며, 이를 통해 필터의 재생효율을 크게 향상시킬 수 있다.

도 4는 상기한 본 발명의 유효공극 가변형 필터의 여과시간에 따른 여과성능을 보여주는 그래프로서, 필터막(110)과 집수관(120)의 단면적 비율은 1/16~1/24 이내로 유지하는 것이 바람직한데, 이 경우 활성오니 MLSS 농도 1500mg/L를 기준으로 여과속도는 1100~1500 LMH, 여과수 SS 농도는 2ppm 이내 이면서 500 LMH에 도달하는 시간이 30분 이상이 되도록 하는 최적의 단면적 비율을 가질 수 있다.

만일, 상기 단면적 비율이 1/24 이하가 되면 여과속도가 작아 처리유량이 너무 낮아지기 때문에 비경제적이고, 단면적 비율이 1/16 이상이 되면 단위 시간당 처리하는 유량은 많아지나 처리수의 SS 농도가 높아지므로 수질에 영향을 줄 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 빠른 여과속도로 인해 필터막 표면에 부착되는 슬러지의 밀도가 커져서 필터 공극이 폐쇄되기 때문에 여과속도가 급속히 작아지게 되며, 이는 결국 필터의 역세척 빈도를 높이므로 전체 여과처리 능력을 저하시킬 수 있기 때문에 필터막과 집수관의 단면적 비율은 1/16~1/24 이내로 유지하는 것이 가장 바람직하다.

한편, 도 5 및 도 6은 상기한 구성을 가지는 본 발명의 유효공극 가변형 필터(100)가 복수 개 집적화되어 장착된 오염수 처리용 필터장치(200)에 대한 개략적인 평면 및 측면 모습을 각각 보여주고 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 오염수 처리용 필터장치(200)는 오염수가 저장된 수조(202) 내에 설치될 수 있다.

오염수 처리용 필터장치(200)는 전술된 구성을 가지는 유효공극 가변형 필터(100) 복수 개가 종방향(세로방향) 및 횡방향(가로방향)으로 일정 간격을 두고 배치되어 필터 헤드(210)와 서로 연통된 구조로 형성된다.

필터 헤드(210)에는 상기 각각의 유효공극 가변형 필터(100)를 통해 여과 처리된 여과수가 배출될 수 있는 여과수 배출관(220)이 연결되고, 상기 여과수 배출관(220)에는 여과수의 흐름을 개폐하는 여과수 개폐밸브(240)가 설치된다.

그리고, 여과수 배출관(220) 부분에는 각 필터(100)에 역세공기를 불어 넣어 필터를 역세시킬 수 있도록 역세공기가 공급되는 역세공기 공급관(230)이 연결 설치되고, 역세공기 공급관(230) 부분에는 역세공기의 흐름을 개폐하는 역세공기 개폐밸브(250)가 설치된 구조를 이루고 있다.

미설명 부호 260은 슬러지 배출관을, 270은 슬러지 배출밸브를 나타낸다.

따라서, 오염수의 여과시에는 각 필터(100)를 통해 여과 처리된 여과수가 필터 헤드(210)로 취합된 후 여과수 배출관(220)을 통해 외부로 배출되고, 필터의 역세시에는 외부에서 역세공기 공급관(230)을 통해 역세공기를 필터 헤드(210) 측으로 불어 넣어 각 필터(100)를 역세시킬 수 있다.

이와 같이 복수 개의 유효공극 가변형 필터(100)가 집적화된 본 발명의 오염수 처리용 필터장치(200)는 작은 공간에서도 큰 여과면적을 확보할 수 있기 때문에 설치시 큰 공간이 필요치 않아 설치비용이 절감되는 장점이 있다.

아울러, 유효공극 가변형 단위 필터(100) 당 여과속도를 작게 구현하여 슬러지에 의해 필터막 공극이 급속하게 폐쇄되는 것을 방지하고, 필터막 표면에 슬러지를 천천히 부착시켜 슬러지의 입자간 공극을 형성하게 함으로서 상기 슬러지 입자간 공극을 통해 또 다른 층의 여재 기능을 수행하게 하는 장점이 있다.

또한, 필터막 표면에 슬러지층이 충분히 형성되면 필터의 안쪽에서 바깥쪽으로 역세공기를 불어 넣어 손쉽게 필터를 역세척할 수 있기 때문에 역세수를 다량 소모하는 기존의 필터장치와 비교하여 수율을 향상시킬 수 있고, 역세공기에 의한 필터의 역세시 필터 표면에 형성된 슬러지층을 역세공기를 이용하여 마치 케이크처럼 쉽게 탈리시킬 수 있기 때문에 필터 표면에 슬러지가 남지 않고 완벽하게 필터가 재생될 수 있는 장점이 있다.

또한, 슬러지가 많이 함유된 오염수에서도 슬러지가 필터막 표면에 급격하게 축적되어 필터막 공극을 폐쇄하는 폐쇄시간을 크게 늘릴 수 있기 때문에 필터의 빈번한 역세를 방지할 수 있으며 계절 및 지역 환경에 따라 빈번히 변화되는 오염수 상태에 관계없이 여과성능을 충분히 발휘할 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 유효공극 가변형 필터 구조의 일 예를 보여주는 것으로서, 도 7 (a)에서 보는 바와 같이 전술된 실시 예(도 1 내지 도 3에 도시된 필터)에 도시된 유효공극 가변형 필터는 필터막(110) 내부에 하나의 집수관(120)이 설치되어 필터막(110) 외부까지 연장 형성된 구조를 갖는다. 따라서, 필터막(110)을 통해 여과된 여과수가 집수관(120) 표면에 형성된 공극을 통해 집수관(120) 내부로 유입된 후 필터막(110) 외부로 배출되는 경우, 필터의 길이에 따른 여과수의 유속 분포가 도 7 (a)의 그래프에 보이는 바와 같이 여과수가 토출되는 방향을 향하여 점진적으로 증가되는 형태를 나타낸다. 이는 집수관(120)의 한쪽 끝단 부분(도면상 필터의 좌측 부분)에서 여과수의 적체 현상으로 인해 저항이 증가하여 유속이 느려지고 집수관(120)의 다른 한쪽 부분으로 갈수록 저항이 낮아져 여과수의 유속이 빠르게 형성되기 때문이다. 이와 같이, 집수관(120)의 한쪽 끝단 부분에서는 흡입 유속(흡입압)이 작고 고정판(132)이 위치된 다른 한쪽 끝단 부분으로 갈수록 흡입 유속이 커지는 현상이 발생하게 됨으로써 집수관(120) 내부에서의 흡입 유속 차이로 인해 필터의 길이방향으로 여과성능이 균일하게 유지되지 못할 수 있다.

따라서, 본 발명의 다른 실시 예에서는 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 집수관(120)을 2중관 형태, 즉, 필터막(110)의 내부 중앙에 배치되는 제1집수관(122)과, 상기 제1집수관(122)의 내부 중앙에 배치되는 제2집수관(124)의 2중관 구조로 구성함으로써 상기한 문제를 극복하였다.

상기 제1집수관(122)은 필터막(110)의 내부 중앙에 길이방향을 따라 배치되며 한쪽 끝단은 고정판(132)에 의해 막혀진 구조를 형성하고, 표면에는 다수의 공극이 형성되어 필터막(110)을 거쳐 여과된 여과수가 제1집수관(122) 내부로 포집된다.

상기 제2집수관(124)은 제1집수관(122)보다 작은 직경(1/2 직경)을 가지며 제1집수관(122)의 내부 중앙에 배치된다. 그리고, 제2집수관(124)의 한쪽 끝단은 제1집수관(122)의 전체길이(L) 1/2 지점(중앙부위)에 위치하며 다른 한쪽 끝단은 필터막(110)의 개방된 타단 외측으로 인출된 구조를 갖는다. 따라서, 필터막(110)을 거쳐 여과된 여과수가 제1집수관(122)을 거쳐 제2집수관(124) 내부로 유입된 후 외부로 배출되는 한편 필터막(110)의 역세시 외부로부터 제공되는 역세공기가 제2집수관(124) 내부로 유입된 후 제1집수관(122)을 거쳐 필터막(110) 측으로 배출된다.

이와 같이 집수관(120)을 2중관 구조로 구성하게 되면, 제1집수관(122) 내부로 유입된 여과수가 제1집수관(122)의 1/2 길이(1/2L) 지점(중앙부위)에 위치하는 제2집수관(124)의 한쪽 단부를 통해 유입되어 외부로 배출되도록 함으로써, 제1집수관(122)의 중앙부위에서 제2집수관(124)에 의해 여과수를 유도 흡입할 수 있기 때문에 필터 전체 길이의 유속 편차가 도 7 (b)의 그래프 형태와 같이 현격히 줄어들 수 있고, 이를 통해 필터의 길이방향으로 성능을 균일하게 유지시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다

100 : 유효공극 가변형 필터 110 : 필터막
112 : 공극 120 : 집수관
130 : 유동성 여재 132 : 고정판
140,240 : 여과수 개폐밸브 150, 230 : 역세공기 공급관
160,250 : 역세공기 개폐밸브 200 : 오염수 처리용 필터장치
202 : 수조 210 : 필터 헤드
220 : 여과수 배출관

Claims (6)

1. 유동 가능한 재질로 구성되고, 일단이 폐쇄되고 타단이 부분적으로 개방된 원통형 주머니 형상을 가지며 오염물질이 여과되는 다수의 공극이 형성된 필터막;
   상기 필터막의 내부 중앙에 배치되고 일단이 상기 필터막의 개방된 타단 외측으로 인출되어 상기 필터막을 거쳐 여과된 여과수가 포집된 후 외부로 배출되는 한편 상기 필터막의 역세시 외부로부터 제공되는 역세공기가 내부로 유입된 후 상기 필터막 측으로 배출되는 집수관; 및
   물보다 비중이 낮고 유동성을 갖는 알갱이 형태로 이루어져 상기 필터막과 집수관 사이의 공간에 복수 개가 충진되는 유동성 여재;를 포함하되,
   상기 필터막은 팽창 또는 수축이 가능한 유동성 있는 수지재질로 구성되고,
   상기 집수관은 다수의 공극이 전면에 분포된 쉽게 변형되지 않는 재질로 구성되며,
   상기 필터막에 형성되는 공극은 20~40㎛의 직경 크기로 형성되고, 상기 유동성 여재의 유효직경은 100㎛~200㎛ 크기로 형성되되,
   상기 유동성 여재에 의해 상호 이격된 상기 필터막과 집수관의 상대거리는 어느 지점에서나 최소 15mm 이상 유지되고,
   상기 집수관은,
   상기 필터막의 내부 중앙에 배치되어 상기 필터막을 거쳐 여과된 여과수가 포집되는 제1집수관; 및
   상기 제1집수관의 내부에 배치되며 일단이 상기 필터막의 개방된 타단 외측으로 인출되어 상기 필터막을 거쳐 여과된 여과수가 상기 제1집수관을 거쳐 내부로 유입된 후 외부로 배출되는 한편 상기 필터막의 역세시 외부로부터 제공되는 역세공기가 내부로 유입된 후 상기 제1집수관을 거쳐 상기 필터막 측으로 배출되는 제2집수관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유효공극 가변형 필터.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 제2집수관의 한쪽 끝단이 상기 제1집수관의 길이 1/2 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 유효공극 가변형 필터.
   
6. 청구항 제1항 또는 제5항 중 어느 한 항의 유효공극 가변형 필터 복수 개가 종방향 및 횡방향으로 일정 간격을 두고 배치되어 각 유효공극 가변형 필터의 집수관이 필터 헤드와 서로 연통된 구조를 형성하며, 상기 각 유효공극 가변형 필터의 집수관에 포집된 여과수가 상기 필터 헤드를 통해 외부로 배출되는 한편, 필터막의 역세시 외부로부터 제공되는 역세공기가 상기 필터 헤드와 연통된 각 유효공극 가변형 필터로 제공되는 오염수 처리용 필터장치.
   

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