KR20010044678A

KR20010044678A - 수중 부유물질 여과장치

Info

Publication number: KR20010044678A
Application number: KR1020010013448A
Authority: KR
Inventors: 한기백; 박태기
Original assignee: 한기백; 주식회사 나노엔텍
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2001-06-05
Also published as: JP2004524964A; WO2002076572A1; KR100354836B1

Abstract

본 발명은 수중의 유,무기성 입자상 물질 및 조류 등의 부유물질을 효과적으로 여과 분리할 뿐만 아니라 여과층 표면에 포획된 부유물질이 여과와 동시에 연속 농축되어 배출되도록 함으로써 여과 지속시간을 연장시키고 여과층에 포획된 부유물질을 공기나 역세척수로 쉽게 탈리시킬 수 있도록 한 수중 부유물질 여과장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 소정의 관로 부재내에 설치되어 상기 관로 부재로 공급되는 공급 원수에 포함된 부유물질을 포획 여과하기 위한 섬유사 재질의 여재수단과; 상기 여재수단의 일단부를 고정하며 상기 여재수단을 역세척하기 위한 공기 혹은 역세척수와 같은 역세척물질을 분배하는 다수개의 분배구가 형성된 여재수단 고정용 플랜지 수단과; 상기 여재수단에 의해 여과되는 공급원수의 유입상태와 상기 여재수단의 조밀도 및 여과되는 부유물질의 포획입자 상태에 대응하여 설치되는 포획입자 유출방지 수단과; 상기 공급원수와 상기 역세척물질을 상기 여재수단에 각각 공급하는 원수 공급수단과 역세척물질 공급수단; 및 상기 여재수단에 의해 여과된 여과수와 상기 여재수단에 의해 포획된 부유물질 및 상기 역세척수를 각각 배출하기 위한 여과수 배출수단과 부유물질 배출수단 및 역세척수 배출수단;을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

수중 부유물질 여과장치{Apparatus for filtering suspended solid in water}

본 발명은 수중에 포함된 미립자 및 조류(algae) 등 부유물질(suspended solid; 혹은 부유고형물질)을 여과·분리·제거하는 수중 부유물질 여과장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 상기 부유물질의 여과, 분리, 제거는 물론 여과층에 포획된 부유물질이 여과와 동시에 연속 농축 배출되도록 한 수중 부유물질 여과장치에 관한 것이다.

한편, 본 발명은 유연성과 신축성이 있는 다양한 종류의 여과재를 사용하여 여과재의 종류와 충진밀도 및 유입수압에 의해 여과층의 공극율과 공극의 크기가 제어되도록 하여 여과효율과 여과속도 및 여과수량을 자유자재로 조절할 수 있도록 한 수중 부유물질 여과장치에 관한 것이다.

일반적으로, 여과장치의 운전은 여과(filtration)와 역세척(back washing)으로 이루어 진다. 여과공정은 수중의 미립자, 조류 등의 부유물질이 여과재(이하, '여재'라 약칭한다)로 충진된 여과층(이하, '여층'이라 약칭한다)에서 확산(diffusion), 여별효과(straining), 차단(interception), 관성충돌(impaction), 침전(sedimentation), 응집(flocculation) 및 흡착(adsorption) 등과 같은 물리·화학적 단위조작이 상호작용하는 복잡한 메카니즘에 의해 포획·제거되고, 이로써 청정 여과수가 배출되는 단위공정이다.

여과가 지속되는 과정에서 여재로 충진된 여층에 수중입자의 침적이 발생하여 여층의 공극이 감소하게 되고 여과저항으로 인한 압력손실(head loss)이 증가하여 여층내 여재의 역세척 과정을 필요로 하게 된다. 따라서 여과장치의 성능은 부유물질 제거효율 및 제거입경의 크기, 여과속도, 여과지속 시간, 역세척 빈도, 역세척 수량, 역세척 시간 등에 의해 평가되어 진다.

여과공정에 사용되는 여재로는 모래(sand), 안스라사이트(anthracite), 활성탄(activated carbon), 점토류(clay), 분쇄 자철광(magnetite), 석류석(garnet), 불활성 메디아(media) 등과 같은 입자상 물질이 주로 사용되고 있다. 이러한 여재는 구입이 용이하고 설치가 간편한 장점이 있으나 여과장치와 설치면적이 매우 큰 것이 단점이다. 그리고 여과시 수중입자의 포획공간이 표층 부근에 한정되어 있을 뿐만 아니라 여재의 특성상 고정 세공구조를 갖고 있기 때문에 수중의 부유물질로 인한 여층의 공극 감소나 공극폐색(clogging)이 자주 발생하며, 여과저항으로 인한 압력손실(head loss)이 증가하게 되고, 이에 따른 플로우 채널링(flow channeling), 탁질누출(break-through) 등이 발생하기 때문에 여층내 여재의 역세척 빈도와 역세척 수량이 증가하고, 충진된 여재로 인한 여과압력이 크기 때문에 여과속도가 작으며, 역세척시 여재가 유출되는 등의 문제점이 있다.

상기와 같은 여재에 의한 여과방식에서 발생되는 문제점을 해결하기 위해 개선된 회전 역세식 정밀 여과장치(출원번호 : 특1997-023068)는 다공 드럼 회전체의 측면에 방사상으로 부착된 위사(緯絲) 필터포의 한쪽 끝을 압력 용기벽에 고정된 회전 스프링에 부착하여 드럼의 회전과 스프링의 장력에 의해 필터층을 형성하여 여과하고, 드럼의 역·정회전 반복을 통하여 역세척하는 구조를 갖는다. 그러나, 상기 여과장치에서는 마찰로 인한 섬유사 훼손이 심하고 균일한 여층 형성이 어려울 뿐만 아니라 입자 포획공간이 적어 여과지속시간이 짧고 역세척 빈도가 잦으며 유입수의 수질변동에 대처가 쉽지 않고 여과수의 수질관리가 어려운 것이 단점이다.

그리고, 원수의 공급압력에 의해 위사(緯絲) 필터포가 압착되어 여과되고, 가압공기와 역세척 수압에 의해 이완되어 역세척되는 여과장치인 가변 필터층을 갖는 영구여과장치(출원번호 : 특1998-0405542)가 개발되었으나 이 방법 또한 피스톤내 압착과 이완이 반복되는 과정에서 여재인 섬유사의 엉킴과 훼손이 심할 뿐만 아니라 여과조작시 여층 형성이 단층인 관계로 입자 포획공간과 입자 포획량이 적어 여과지속시간이 짧고 역세척 빈도가 잦으며 여과속도가 크지 않을 뿐만 아니라 공급원수의 수질변화에 대처가 어려우며 역세척 수량이 비교적 많다는 단점이 있다.

따라서 상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명자가 개발하여 특허 출원한 유연성 섬유사를 이용한 용액속의 부유고형물질 분리장치 및 그 방법(출원번호 : 특1999-013396)이 있는데, 이는 여재로 사용한 섬유사의 길이에 따라 여층 깊이와 입자 포획공간의 임의 조절이 가능하고 유연성 섬유사의 집적밀도에 따라 공극율과 공극의 크기, 입자 포획량 및 여과수질의 조절이 쉬우며 공급원수의 수질변화에 대처가 용이한 여과장치이나, 유연성과 신축성이 있는 섬유사의 집적방법에 있어 기계화가 어려운 점 등의 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 여과장치에서 나타난 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 큰 입자 포획공간을 갖으면서 여재인 섬유사의 내구성을 크게 향상시키고 시설규모가 콤팩트할 뿐만 아니라 제작이 쉽고 여과와 동시에 원수 중의 부유물질이 연속 농축 배출됨으로써 여과지속시간이 길고 역세척 빈도와 역세척 수량이 적을 뿐만 아니라 공급원수의 수질변화에 대처가 용이하고 중수도로 이용 가능한 여과수질을 얻을 수 있는 여과장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수중의 미립자나 조류(algae) 등의 부유물질을 효과적이고 경제적으로 제거할 수 있는 여과장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 역세척용 공기 분배구가 형성된 여재 고정용 플랜지 또는 역세척수 분배구가 형성된 여재 고정용 플랜지에 여재의 한쪽 끝을 고정시키고, 이 여재를 여과장치의 길이방향으로 충진함으로써, 여재인 유연성 섬유사의 종류와 양 및 상향류로 유입되는 원수의 공급압력 그리고 포획입자 유출 방지판의 형상에 따라 공극율과 공극의 크기 그리고 여과수질을 다양하게 조절할 수 있는 여과장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 여과와 역세척시 여재의 이완, 수축에 기계적 힘이 작용하지 않도록 하여 여재의 내구성이 향상되도록 한 여과장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 역세척시 역세척수를 역세척수 공급관에서 여과장치의 수직방향으로 주입하고, 역세척 공기는 역세척용 공기 공급관에서 역세척용 공기 분배구를 통해 수평방향으로 주입함은 물론, 역세척용 공기 다공관의 공기 주입구와 여과장치 하부의 역세척용 공기 공급관을 통해 수직방향으로 주입하는 여과장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 역세척시 역세척수를 역세척수 공급관에서 역세척수 분배구를 통해 여과장치의 수평방향으로 주입하고 여과장치 하부의 역세척용 공기 공급관을 통해 공기를 수직방향으로 주입하는 여과장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 여과장치에 주입된 역세척수와 역세척용 공기가 여과장치내에서 서로 교차하여 난류를 형성하고, 이 난류에 의해 여재가 수직 팽창되고 이완됨으로써 여재에 포획된 부유물질의 탈리가 단시간내에 쉽게 이루어지도록 한 여과장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수중 부유물질 여과장치의 구성도.

도 2a는 본 발명에 따른 역세척용 공기 분배구가 형성된 여재 고정용 플랜지의 평면도.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 역세척수 분배구가 형성된 여재 고정용 플랜지의 평면도.

도 2c는 본 발명에 따른 역세척용 공기 다공관의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 포획입자 유출방지 방지판의 설치 형태를 도시한 것으로서,

도 3a는 도 1에 대한 일자형 설치 형태의 단면도,

도 3b는 도 1에 대한 역삼각형 설치 형태의 단면도,

도 3c는 도 1에 대한 삼각형 설치 형태의 단면도,

도 3d는 도 4에 대한 일자형 설치 형태의 단면도,

도 3e는 도 4에 대한 역삼각형 설치 형태의 단면도,

도 3f는 도 4에 대한 삼각형 설치 형태의 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 부유물질 여과장치의 구성도.

도 5는 도 1의 역세척수 수직방향 유입형 구조와 관련한 본 발명의 여과장치의 전체 구성도.

도 6는 도 4의 역세척수 수평방향 유입형 구조와 관련한 본 발명의 여과장치의 전체 구성도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 역세척용 공기 공급관 1a : 역세척용 공기 공급밸브

1b : 여재 고정용 프랜지 1d : 역세척용 공기 다공관

2, 17 : 원수 공급관 2a, 17a : 원수 공급밸브

3, 16 : 역세척수 공급관 3a, 16a : 역세척수 공급밸브

4 : 역세척수 배출관 4a : 역세척수 배출밸브

5 : 연속 농축액 배출관 5a : 연속 농축액 배출밸브

6 : 여과수 배출관 6a : 여과수 배출밸브

7 : 하부 역세척용 공기 공급관 7a : 하부 역세척용 공기 공급밸브

8 : 여과층(여층) 9 : 압력계

10 : 유량계 11 : 일자형 포획입자 유출방지판

12 : 역삼각형 포획입자 유출방지판

13 : 삼각형 포획입자 유출방지판

14 : 유입수 분배와 여재지지 및 압착용 다공판

15 : 여과장치 플랜지 18 : 플랜지 결합 조인트

19 : 여재 고정구 20 : 역세척용 공기 분배구

21 : 역세척수 분배구 22 : 역세척용 다공관의 공기 주입구

23 : 원수 및 역세척수 공급펌프 24 : 역세척용 공기 공급펌프

50 : 관로 부재 100, 100' : 여과장치

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 여과장치는,

수중에 포함된 각종 부유물질 혹은 부유고형물질을 여과하고 제거하기 위한 여과장치에 있어서, 소정의 관로 부재내에 설치되어 상기 관로 부재로 공급되는 공급 원수에 포함된 상기 부유물질을 포획 여과하기 위한 섬유사 재질의 여재수단과; 상기 여재 수단의 일단부를 고정하며 상기 여재수단을 역세척하기 위한 공기 혹은 역세척수와 같은 역세척물질을 분배하는 다수개의 분배구가 형성된 여재수단 고정용 플랜지 수단과; 상기 여재수단에 의해 여과되는 공급원수의 유입상태와 상기 여재수단의 조밀도(충진밀도) 및 여과되는 부유물질의 포획입자 상태에 대응하여 설치되는 포획입자 유출방지 수단과; 상기 공급원수와 상기 역세척물질을 상기 여재수단에 각각 공급하는 원수 공급수단과 역세척물질 공급수단; 및 상기 여재수단에 의해 여과된 청정 여과수와 상기 여재수단에 의해 포획된 부유물질 및 상기 역세척수를 각각 배출하기 위한 여과수 배출수단과 부유물질 배출수단 및 역세척수 배출수단;을 포함하여 된 점에 그 특징이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 역세척물질 공급수단은 공기를 공급하는 공기 공급수단과 역세척수를 공급하는 역세척수 공급수단으로 이루어지고, 상기 공기 공급수단은 상기 여재수단의 수평방향으로 공기를 유입시키는 공기 수평 공급수단과 상기 여재수단의 수직방향으로 공기를 유입시키는 공기 수직 공급수단으로 이루어진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 역세척수와 공기가 상기 여과장치내에서 서로 수직 교차하여 상기 여재수단이 수직방향으로 팽창할 수 있도록 난류를 형성함으로써 상기 여재수단에 의해 포획된 부유물질의 탈리가 용이하게 되도록 상기 여재수단의 한쪽 끝이 고정되지 않은 상태로 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 공기 공급수단과 역세척수 공급수단, 원수 공급수단, 여과수 배출수단, 역세척수 배출수단 및 부유물질 배출수단 각각에는 공급 및 배출을 위한 밸브가 마련되어,

여과공정시에는, 상기 공기 공급밸브와 역세척수 공급밸브 및 역세척수 배출밸브가 닫히고, 상기 원수 공급밸브와 연속 농축액 배출밸브 및 여과수 배출밸브가 열린상태에서 소정의 원수 공급펌프에 의해 유입되는 원수가 상기 여재수단을 통과하여 상기 여과수 배출수단으로 배출되고 상기 여재수단에 의해 포획 농축된 부유물질 농축액은 상기 연속 농축액 배출관으로 여과와 동시에 연속 배출되게 되고,

여재수단의 역세척공정시에는, 상기 원수 공급밸브와 여과수 배출밸브가 닫히고 공기 공급밸브와 역세척수 공급밸브 및 역세척수 배출밸브가 열린상태에서 상기 여과장치의 역세척이 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 여재수단의 설치방향과 같은 방향으로 설치되며, 다수개의 공기 주입 구멍이 형성되어 이 구멍을 통해 상기 여재수단의 수직방향으로 역세척 공기가 주입되도록 하는 상기 여재수단 보다 짧은 길이의 파이프 형태의 관 부재인 역세척용 다공관을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 여재수단 고정용 플랜지 수단의 분배구가 역세척수를 상기 여재수단의 수평방향으로 역세척수를 분배하는 경우에는 역세척 공기가 상기 여재수단의 수직방향으로 공급되게 되고,

상기 여재수단 플랜지 수단의 분배구가 역세척 공기를 상기 여재 수단의 수평방향으로 역세척공기를 분배하는 경우 상기 역세척수와 다른 공기 공급수단에 의한 역세척 공기가 상기 여재수단의 수직방향으로 같이 공급된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 수중 부유(고형)물의 여과장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 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 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 역세척수 수직방향 유입형의 부유물질(농축액) 연속 배출형 정밀 여과장치(100)의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 역세척수 수평방향 유입형의 연속 농축액 배출형 정밀 여과장치(100')의 구성도이다. 도 2a는 본 발명에 따른 역세척용 공기 분배구가 형성된 여재 고정용 플랜지의 평면도이고, 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 역세척수 분배구가 형성된 여재 고정용 플랜지의 평면도, 도 2c는 본 발명에 따른 역세척용 공기 다공관의 단면도이다. 그리고, 도 3은 본 발명에 따른 포획입자 유출방지 방지판의 설치 형태를 도시한 것으로서, 도 3a는 도 1에 대한 일자형 설치 형태의 단면도, 도 3b는 도 1에 대한 역삼각형 설치 형태의 단면도, 도 3c는 도 1에 대한 삼각형 설치 형태의 단면도, 도 3d는 도 4에 대한 일자형 설치 형태의 단면도, 도 3e는 도 4에 대한 역삼각형 설치 형태의 단면도, 도 3f는 도 4에 대한 삼각형 설치 형태의 단면도이다. 도 5는 도 1의 역세척수 수직방향 유입형 구조와 관련한 본 발명의 여과장치의 전체 구성도이고, 도 6은 도 4의 역세척수 수평방향 유입형 구조와 관련한 본 발명의 여과장치의 전체 구성도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 이는 역세척수 수직방향 유입형인 연속 농축액 배출형 정밀 여과장치(100)의 실시예로서, 유연성과 신축성을 갖고 적당한 표면 거칠기와 굵기의 섬유사를 여재로 사용한다. 여기서, 여재는 바람직하게 나일론사 활성탄소 섬유사, PP나 PE로 발포한 섬유사 등이 된다.

여층(8)을 형성하는 상기 여재의 한쪽 끝은 역세척용 공기 분배구(20; 도 2a)가 형성된 여재 고정용 플랜지(1b)의 여재 고정구(19)에 고정하고 다른 한쪽은 고정하지 않고 유연성이 유지되도록 한 상태로 여과장치(100)의 관로 부재(50)에 수평방향으로 내장된다. 여과장치(100)의 좌측에 역세척용 공기 공급관(1), 좌측 하단에 원수 공급관(2)과 역세척수 공급관(3), 여과장치 하부의 역세척용 공기 공급관(7), 우측에는 역세척수 배출관(4), 우측 하단에는 여과와 동시에 여층(8) 표면에 포획된 비교적 입경이 큰 부유물질이 농축되어 배출되는 연속 농축액 배출관(5)이 배치되어 있다. 여과장치(100) 상부에는 여과수 배출관(6)이 배치되어 있으며, 각 공급 및 배출관에는 자동밸브가 부착되어 있다. 여과장치(100) 좌측과 우측은 여재의 충진과 교체를 할 수 있도록 개폐가 가능한 플랜지(15)로 연결되어 있고, 좌측 플랜지는 역세척용 공기를 수평방향으로 주입할 수 있는 역세척용 공기 분배구(20; 도2a)가 형성된 여재 고정용 플랜지(1b), 그리고 역세척용 공기를 수직방향으로 주입할 수 있는 역세척용 공기 다공관(1d; 도2c)을 장착할 수 있도록 되어 있다.

여과시 내장된 여재와 여과장치 경계면을 통해 포획된 입자의 유출을 방지하는 포획입자 유출 방지판(11; 도3a)(12; 도3b)(13; 도3c)이 여과장치의 관로 부재(50) 내에 좌우로 설치되는데, 상기 좌우측 포획입자 유출 방지판(11, 12, 13) 사이에는 원수 공급관(2)를 통해 유입된 원수의 공급압력에 따라 여층의 적절한 공극과 공극율이 유지될 수 있도록 여재를 압착하고 공급 원수를 여과장치(100)의 길이 방향으로 적절한 분배와 여층(8) 하부에 포획된 입자의 농축 배출을 위한 유입수 분배와 여재지지 및 압착용 다공판(14)이 설치된다. 유입수 분배와 여재지지 및 압착용 다공판(14)은 여과시 여층(8) 하부에서 농축된 부유물질이 연속 농축액 배출구(5)를 통해 원활히 배출되게 하는 기능을 갖는다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 역세척수 수직방향 유입형인 연속 농축액 배출형 정밀 여과장치(100')의 실시예를 도시한 것으로서, 이는 역세척시 역세척수가 여과장치(100') 좌측의 역세척수 공급관(16)에서 수평방향으로 주입되고, 여과장치 하부의 역세척용 공기 공급관(7)에서 공기가 수직방향으로 주입되는 방식의 여과장치(100')이다. 이 실시예에서 역세척수는 역세척수 공급관(16)에서 역세척수 분배구(21; 도2b)를 통해 수평방향, 역세척용 공기는 여과장치(100') 하부의 역세척용 공기 공급관(7)을 통해 수직방향으로 유입되는 것과, 역세척용 공기 다공관(1d; 도2c)이 장착되어 있지 않은 것 이외는 도 1의 여과장치(100)와 동일하며, 유입 부유물의 성상이 유기성 부유물질일 경우 여층(8)에 포획된 입자의 탈리 효과를 높이기 위한 방법이며 여과시 내장된 여재와 여과장치 경계면을 통해 포획된 입자의 유출을 방지하는 포획입자 유출방지판(11; 도3d, 12; 도3e, 13; 도3f)이 여과장치의 관로 부재(50)내에 좌우로 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명 여과장치(100, 100')의 작용을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 수중의 미립자 및 조류 등의 부유물질을 제거하기 위한 본 발명의 여과장치의 운전은 여과공정과 역세척 공정으로 이루어진다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 역세척수 수직방향 유입형인 본 발명 여과장치(100)에서의 여과공정은 다음과 같다.

역세척수 공급밸브(3a), 역세척용 공기 공급밸브(1a), 역세척수 배출밸브(4a) 및 여과장치(100) 하부의 역세척용 공기 공급밸브(7a)가 닫히고 원수 공급밸브(2a)와 여과수 배출밸브(6a) 및 연속 농축액 배출밸브(5a)는 열린 상태에서 원수 공급펌프(23)의 가동으로 원수 공급관(2)을 통해 원수가 여과장치(100)로 유입되면, 여층(8)에서 상기 원수에 포함된 부유물질이 여과되고 여과수는 여과수 배출관(6)을 통해 배출된다.

도 4 및 도 6을 참조하면서, 본 발명의 다른 실시예의 여과공정을 살펴보면 다음과 같다. 이 실시예는 점성이 있는 부유고형물질의 역세척 효과를 높이기 위해 역세척수를 여과장치(100')의 수평방향으로 유입시키는 형태이다.

이 형태에서, 여과시 역세척수 공급밸브(16a)와 여과장치(100') 하부의 역세척용 공기 공급밸브(7a) 및 역세척수 배출밸브(4a)는 닫히고, 원수 공급밸브(17a)와 여과수 배출밸브(6a) 및 연속 농축액 배출밸브(5a)는 열린 상태에서 원수 공급펌프(23)가 가동되면, 원수가 원수 공급관(17)을 통해 유입되고 여층(8)에 의해 여과된다. 여과된 여과수는 여과수 배출관(6)으로 배출된다. 도 4의 여과장치(100')는 역세척수와 역세척용 공기 공급방법을 달리 한 것 이외에는 도 1의 역세척수 수직방향 유입형 여과장치(100)와 동일하다.

도 1 및 도 4에 있어서, 상향류식 여과공정이 계속되는 동안 여층(8)의 공극보다 큰 원수 중의 부유물질은 입경에 따라 여층(8)에 포획된다. 포획된 부유물질 중 여층(8) 표면에 비교적 입경이 큰 부유물질, 즉 여층(8)의 투과저항이 큰 부유물질은 여층(8) 하부에 축적되고, 이 축적된 부유물질은 여층(8) 하부에서 농축되어 연속 농축액 배출관(5)을 통해 여과와 동시에 배출된다. 여층(8)에 포획된 부유물질을 여과와 동시에 연속 농축 배출시키는 여과특성으로 인해 여과시 여층(8)에 포획된 부유물질로 인해 발생하는 여과저항을 줄일 수 있고 여층(8) 일부의 폐색과 탁질유출(break-through)을 방지할 수 있다. 그리고 여과시 여층(8)의 공극율과 공극의 크기는 여재의 종류, 굵기, 충진밀도와 포획입자 유출방지판(11, 12, 13)의 형상 및 원수 공급압력에 의해 조절되는 공극 가변형 여과장치이기 때문에 여과수의 이용목적에 따라 여과수량과 수질의 조절이 쉬울 뿐만 아니라 전체 여층(8)이 입자 포획공간으로 조성되는 다층여과의 효과가 있어 여층(8)의 입자 포획능력을 높일 수 있고 여과지속시간을 증가시킬 수 있으며, 역세척 빈도를 줄일 수 있다.

여과공정이 계속되면서 여재에 부유물질 포획량이 증가하게 되면 여과저항이 커지고 여과속도가 작아져 여과수량이 감소하게 된다. 따라서 여과되는 수량이 설정된 목표수량 이하로 감소하거나 여과압력이 설정된 값 이상이 될 때 여과수 배출관(6)에 부착된 유량계(10) 또는 원수 공급관(2, 17)에 부착된 압력계(9)에서 이를 감지하여 역세척 공정이 시작된다.

도 1의 역세척수 수직방향 유입형인 본 발명 일실시예에서의 역세척 공정은, 원수 공급펌프(23)의 작동이 중단되고 원수 공급밸브(2a)와 여과수 배출밸브(6a)는 닫히며, 여과장치 좌측의 역세척용 공기 공급밸브(1a)와 역세척수 공급밸브(3a) 및 역세척수 배출밸브(4a)는 열리고, 역세척용 공기 공급펌프(24)와 역세척수 공급펌프(23)가 가동된 상태에서 설정된 시간내에서 역세척 공정이 이루어진다.

도 1의 역세척수 수직방향 유입형인 본 발명 일실시예의 역세척 작용에 있어서, 역세척시 여재에 포획된 부유물질의 탈리가 원할히 이루어지게 하기 위해 설정된 역세척 시간내에서 여재의 흔들림이 강하게 되도록 하며, 여재의 흔들림은 역세척용 공기 분배구(20; 도2a)에서 여과장치(100) 수평방향으로 주입된 공기압력과 역세척용 다공관(1d; 도 2c)과 여과장치 하부의 역세척용 공기 공급관(7)에서 수직직방향으로 주입된 공기압력 그리고 역세척수 공급관(3)에서 수직방향으로 주입된 수압과의 벡터합력에 의해 여재를 수직방향으로 팽창시켜 여재의 흔들림이 강하게 되고 이 힘에 의해 여재에 포획된 입자의 탈리가 단시간내 쉽게 이루어지며, 이때 역세척된 농축수가 역세척수 배출관(4)으로 배출된다. 설정된 역세척 시간내에서 여층내 포획된 부유물질의 탈리가 충분히 이루어지고 나면 다시 여과공정으로의 전환이 이루어진다.

도 4의 역세척수 수평방향 유입형인 본 발명의 다른 실시예에서의 역세척 공정은, 원수 공급펌프(23)의 가동이 멈추고, 원수 공급밸브(17a)와 여과수 배출밸브(6a)는 닫히며 여과장치(100') 하부의 역세척용 공기 공급밸브(7a)와 역세척수 배출밸브(4a) 및 역세척수 공급밸브(16a)는 열리고, 역세척수 공급펌프(23)와 역세척용 공기 공급펌프(24)가 가동된 상태에서 역세척 공정이 이루어지는 것으로서 역세척을 위한 역세척수와 역세척용 공기 공급방법 이외에는 도 1의 역세척수 수직방향 유입형 여과장치(100)와 동일하다.

도 4의 역세척수 수평방향 유입형인 본 발명의 다른 실시예의 역세척 작용을 살펴보면, 역세척수 공급관(16)을 통해 역세척수 분배구(21; 도2b)로 수평방향으로 주입된 역세척수 수압과 여과장치(100') 하부의 역세척용 공기 공급관(7)을 통해 수직방향으로 주입된 공기압과의 벡터합력에 의해 여재를 수직방향으로 팽창시켜 여재의 흔들림을 강하게 하고, 이 힘에 의해 여층(8)내 포획된 입자의 탈리가 이루어져 역세척 배출관으로 배출되며, 설정된 역세척 시간이 끝나면 다시 여과공정으로 전환된다.

도 1 및 도 4 그리고 도 5 및 도 6에 도시한 본 발명 여과장치(100, 100')의 작동원리를 살펴보면 다음과 같다.

즉, 여과시 개폐되는 밸브류와 원수 공급펌프(23)의 작동여부는 시간제어 프로그램에 의해 이루어지고, 역세척시 개폐되는 밸브류와 공기 공급펌프(24) 및 역세척수 공급펌프(23)의 작동 여부는 유량계(10) 또는 압력계(9)에 부착된 감지센서에 의해 제어되게 된다.

본 발명 여과장치(100, 100')의 특징을 살펴보면 다음과 같다.

여층(8) 전체가 여과면적인 동시에 입자 포획공간으로 활용되기 때문에 다층여과 효과를 기대할 수 있으며, 여재의 공극율과 공극의 크기는 여재충진밀도와 원수 공급압력에 의해 조절되어 유출수량과 수질이 결정되기도 하고, 포획 입자 유출방지판(11, 12, 13)의 형상에 따라 포획입자의 여과분리 입경이 결정된다. 즉, 동일한 여재충진밀도와 원수 공급압력의 조건에서 도 3a와 도 3d와 같이 수평형 포획입자 유출방지판(11)을 설치하였을 경우, 여층(8)의 압밀공간이 협소하게 되어 여과시 여층(8)의 압밀도가 증가하게 되고 공극과 공극율이 최소화되어 여과속도와 여과수량은 작아지나 정밀한 여과수질을 얻을 수 있으며,

도 3b, 도 3e와 같이 역삼각형 포획입자 유출방지판(12)을 설치한 경우, 원수 공급압력에 의한 여재 압착력 작용면적의 증가로 인해 여층의 공극율과 공극의 크기가 상대적으로 증가하게 되기 때문에 여과속도와 여과수량은 증가하게 되나 여과수질은 도 3a와 도 3d의 일자형 포획입자 유출방지판(11)을 설치한 경우보다 떨어진다.

도 3c와 도 3f와 같이 삼각형 포획입자 유출방지판(13)을 설치한 경우, 여재의 압착력 작용 면적과 여과속도 및 여과수량이 수평형과 역삼각형의 중간정도이나 여층의 형성 깊이가 상대적으로 증가하게 되어 여과속도와 여과수량은 도 3a와 도 3d의 일자형 포획입자 유출방치판(11) 보다 많으나 도 3b와 도 3e의 역삼각형 포획입자 유출방지판(12)보다 적고 여과수질은 일자형 포획입자 유출방지판(11)보다 다소 떨어지며 역삼각형 포획입자 유출방지판(12) 보다 정밀한 여과수질을 얻을 수 있는 것이 특징이다.

본 발명의 여과장치에서 역세척용 공기 분배구(20; 도2a)가 형성된 여재 고정용 플랜지(1b)와 역세척수 분배구(21; 도2b)가 형성된 여재 고정용 플랜지(1b)는 여재 고정구(19)와 역세척용 공기 분배구(20) 및 역세척수 분배구(21)가 방사형으로 설계되어 있으며 목표하는 여과속도, 여과수량, 여과수질, 여과지속시간, 역세척 빈도 및 역세척 효과 등에 따라 여재 고정구(19)와 역세척용 공기 분배구(20; 도2a) 및 역세척수 분배구(21; 도2b)의 크기와 수량을 달리할 수 있다.

동일한 조건에서 여과지속시간을 늘리고 역세척 빈도를 줄이며 입자포획량을 증대시키기 위해서는 여과장치(100, 100')의 길이를 늘리거나, 단면적을 늘리고 여재인 섬유사의 종류 및 충진밀도 그리고 포획입자 유출방지판(11, 12, 13)의 형상 등을 조절할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 역세척수 수직방향 유입형 여과장치(100; 도 1)와 역세척수 수평방향 유입형 여과장치(100'; 도 4)를 비교하면, 그 여과조작은 동일하나 역세척의 원리는 상이하다. 그리고 도 1의 여과장치(100)에 장착되어 있는 역세척용 압축공기 다공관(1d; 도2c)이 도 4의 여과장치(100')에는 설치되어 있지 않다는 점에도 그 차이점이 있다.

전술한 바와 같이 도 5는 역세척수 수직방향 유입형 여과장치(도 1)의 전체도이고, 도 6은 역세척수 수평방향 유입형 여과장치(도 2)의 전체도로서 자동 또는 수동으로 운전할 수 있다.

〈실시예 1〉

직경이 200mm, 길이가 1,500mm인 도 1의 역세척수 수직방향 유입형 농축액 연속 배출형 정밀 여과장치에 도 3a와 같은 일자형 포획입자 유출방지판(11)을 장착하고 유연성 섬유사 여재의 충진밀도를 약 0.7g/cm³이 되게 충진한 본 발명의 여과장치에 공급원수의 평균 부유물질 농도가 40mg/L, 60mg/L, 80mg/L, 100mg/L인 생물학적 처리수를 6개월동안 여과조작하였다.

상기 여과장치의 여과지속시간은 여과가 시작되는 시점에서 역세척 시작전까지의 시간이고 역세척 시점은 초기 여과수량이 70%되는 시점으로 결정하였으며, 역세척 시간은 3분, 역세척 수량은 여과수량의 1%로 고정하여 역세척을 하였다.

본 여과장치로부터 여과되는 유출수를 채집하여 분석한 결과, 여과 선속도는 공급원수의 부유물질 농도에 관계없이 평균 10m³/hr, 공급원수의 부유물질 농도가 40mg/L, 60mg/L, 80mg/L, 100mg/L에서 평균 여과지속시간은 각 12.5시간, 8.3시간, 6.3시간, 5시간이며, 여과 유출수의 평균 부유물질 농도는 공급원수의 농도에 관계없이 평균 0.7mg/L 이하로 정밀여과용에 적합한 것으로 파악되었다.

이 경우 여과공정에서 1회 여과시 여과장치의 여층(8)에 포획되는 평균 입자포획량은 약 5kg/회로 나타났고, 유출수를 입경분석한 결과 평균 분리입경은 3㎛였다.

〈실시예 2〉

도 3b와 같은 역삼각형 포획입자 유출방지판(12)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 조건으로 여과조작한 결과는, 여과선속도는 공급원수의 부유물질 농도에 관계없이 평균 20m³/hr, 공급원수의 부유물질 농도가 40mg/L, 60mg/L, 80mg/L, 100mg/L에서 평균 여과지속시간은 각 10시간, 6.6시간, 5시간, 4시간이며, 여과 유출수의 평균 부유물질 농도는 공급원수의 농도에 관계없이 평균 2mg/L 이하로 실시예 1의 경우보다 높게 나타났다.

이 경우 여과공정에서 1회 여과시 여과장치의 여층(8)에 포획되는 평균 입자포획량은 약 8kg/회로 조사되었고, 유출수를 입경분석한 결과 평균 분리입경은 10㎛였다.

〈실시예 3〉

도 3c와 같은 삼각형 포획입자 유출방지판(13)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 조건으로 여과조작한 결과는, 여과 선속도는 공급원수의 부유물질 농도에 관계없이 평균 15m³/hr, 공급원수의 부유물질 농도가 40mg/L, 60mg/L, 80mg/L, 100mg/L에서 평균 여과지속시간은 각 13.3시간, 8.8시간, 6.7시간, 5.3시간이며, 여과 유출수의 평균 부유물질 농도는 공급원수의 농도에 관계없이 평균 1mg/L 이하로 실시예 1의 경우보다 높으나 실시예 2의 경우보다 낮게 나타났다.

이 경우 여과공정에서 1회 여과시 여과장치의 여층(8)에 포획되는 평균 입자포획량은 약 8kg/회로 조사되었고, 유출수를 입경분석한 결과 평균 분리입경은 5㎛였다.

〈비교예 1〉

생물학적 처리수 중의 유기성 부유물질의 역세척 효과를 검토하기 위해 역세척용 공기 다공관(1d)을 장착하지 않고 역세척수 수평방향 유입형 농축액 연속 배출형 정밀 여과장치(100'; 도 4)에 도 3d와 같이 일자형 포획입자 유출방지판(11)과 도 3e와 같은 역삼각형 포획입자 유출방지판(12) 그리고 도 3f와 같은 삼각형 포획입자 유출방지판(13)을 각각 사용하여 실험한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 조건으로 여과조작한 결과는, 여과지속시간과 여과수의 부유물질 농도 및 입자포획량은 실시예 1과 실시예 2 및 실시예 3과 유사하게 조사되었으나 역세척 시간은 2분 이내, 역세척 수량이 0.5% 이내에서 상기의 실시예와 같은 역세척 효과를 나타내어 유기성 부유물질을 함유한 원수의 여과일 경우 도 4와 같은 역세척수 수평방향 유입형 농축액 연속 배출형 정밀 여과장치를 사용하는 것이 효과적인 것으로 파악되었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 소용량의 여과장치로 대용량의 공급원수를 여과할 수 있고 중수도로도 이용 가능한 고청정 여과수질을 얻을 수 있으며 수량과 수질변화 등 다양한 운전조건 변화에도 대처가 용이하고 여재로 사용되는 다양한 굵기와 성질의 유연성 섬유사를 사용하기 때문에 설치비가 저렴하며 타 여과방식에 비해 여과에 소요되는 압력손실이 적고 여재의 내구성이 뛰어나기 때문에 유지관리비가 저렴하며 여과수의 이용목적에 따라 원수 공급압력과 여재의 충진밀도 및 포획입자 유출방지판의 위치 및 형상을 조절하여 다양한 크기의 공극과 공극율을 제공할 수 있으며 공급원수 중의 부유물질의 성상에 따라 역세척 방법을 달리할 수 있는 등 운전의 유연성이 클 뿐만 아니라 다양한 성상의 부유물질의 고액분리장치로 적용이 가능한 이점을 제공한다.

또한, 본 발명은 역세척시 압축공기에 의해 유연성이 있는 여재의 떨림이 증폭되도록 설계하였기 때문에 여층에 포획된 부유물질을 단시간에 탈리시킬 수 있어 역세척수 사용량을 최소화할 수 있는 이점을 제공한다.

그리고, 본 발명은 여층표면에 포획된 비교적 입경이 큰 부유물질이 농축되어 농축수 배출구로 여과와 동시에 배출되게 고안하여 여과지속시간을 연장할 수 있고 역세척 빈도를 줄일 수 있는 여과장치로 담수나 해수 중의 조류(algae), 하폐수 중의 유·무기성 부유물질, 냉각수 중의 부유물질 등 다양한 수중 입자를 여과·분리할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 본 발명의 여과장치를 하폐수처리장치의 고액분리장치로 이용할 경우 침전지를 배제 또는 최소화할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims

수중에 포함된 각종 부유물질을 여과하고 제거하기 위한 여과장치에 있어서,

소정의 관로 부재내에 설치되어 상기 관로 부재로 공급되는 공급 원수에 포함된 상기 부유물질을 포획 여과하기 위한 섬유사 재질의 여재수단;

상기 여재 수단의 일단부를 고정하며 상기 여재 수단을 역세척하기 위한 공기 혹은 역세척수와 같은 역세척물질을 분배하는 다수개의 분배구가 형성된 여재수단 고정용 플랜지 수단;

상기 여재수단에 의해 여과되는 공급원수의 유입상태와 상기 여재수단의 조밀도 및 여과되는 부유물질의 포획입자 상태에 대응하여 설치되는 포획입자 유출방지 수단;

상기 공급원수와 상기 역세척물질을 상기 여재수단에 각각 공급하는 원수 공급수단과 역세척물질 공급수단; 및

상기 여재수단에 의해 여과된 여과수와 상기 여재수단에 의해 포획된 부유물질 및 상기 역세척수를 각각 배출하기 위한 여과수 배출수단과 연속 농축액 배출수단 및 역세척수 배출수단;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 1 항에 있어서, 상기 역세척물질 공급수단은 역세척용 공기를 공급하는 공기 공급수단과 역세척수를 공급하는 역세척수 공급수단으로 이루어지고,

상기 역세척용 공기 공급수단은 상기 여재수단의 수평방향으로 공기를 유입시키는 공기 수평 공급수단과 상기 여재수단의 수직방향으로 공기를 유입시키는 공기 수직 공급수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 1 항에 있어서, 상기 여재수단 고정용 플랜지 수단에 형성된 상기 역세척물질을 분배하기 위한 분배구의 크기와 갯수 및 배열 위치는 상기 여재수단의 충진밀도에 따라 달라질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 1 항에 있어서, 상기 여재수단 고정용 플랜지 수단에는 상기 여재수단을 고정하기 위한 다수개의 고정구가 형성되며, 이 고정구의 크기와 갯수는 상기 여재수단의 충진밀도에 따라 조절될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 1 항에 있어서, 상기 여재수단의 하부에 설치되어 상기 여재수단을 지지하는 역할과 여재의 충진밀도를 조절하여 적절한 공극과 공극율을 유지시키는 다공판 형태의 여재수단 지지용 다공판 수단을 더 포함하고,

상기 다공판 수단은 상기 여재수단에 유입되는 상기 원수 및 상기 역세척물질을 여재수단 전체에 걸쳐 균일하게 분배되도록 하고,

상기 여재수단에서 여과되는 부유물질보다 더 큰 입자의 부유물질을 여과 농축시켜 상기 부유물질 배출수단으로 연속 배출할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 1 항에 있어서, 상기 포획입자 유출방지 수단의 설치각도와 형상 및 크기는 상기 여재수단의 공극의 크기와 공극율 및 여과수질과 여과수량에 따라 수평형, 역삼각형 및 삼각형 구조로 선택될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 1 항에 있어서, 상기 여재수단이 그 내부에 설치되는 상기 관로 부재는, 상기 공급원수에 포함된 부유물질이 무기성일 경우 상기 역세척수가 상기 여재수단에 수직으로 유입되도록 되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 1 항에 있어서, 상기 여재수단이 그 내부에 설치되는 상기 관로 부재는, 상기 공급원수에 포함된 부유물질이 유기성일 경우 상기 역세척수가 상기 여재수단에 수평으로 유입되도록 되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 1 항에 있어서, 상기 역세척수와 공기가 상기 여과장치내에서 서로 수직 교차하여 상기 여재수단이 수직방향으로 팽창할 수 있도록 난류를 형성함으로써 상기 여재수단에 의해 포획된 부유물질의 탈리가 용이하게 되도록 상기 여재수단의 한쪽 끝이 고정되지 않은 상태로 있게 되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 1 항, 제 2 항 및 제 7 항중의 어느 한항에 있어서, 상기 공기 공급수단과 역세척수 공급수단, 원수 공급수단, 여과수 배출수단, 역세척수 배출수단 및 부유물질 배출수단 각각에는 공급 및 배출을 위한 밸브가 마련되어,

여과공정시에는, 상기 공기 공급밸브와 역세척수 공급밸브 및 역세척수 배출밸브가 닫히고, 상기 원수 공급밸브와 부유물질 배출밸브 및 여과수 배출밸브가 열린상태에서 소정의 원수 공급펌프에 의해 유입되는 원수가 상기 여재수단을 통과하여 상기 여과수 배출수단으로 배출되고 상기 여재수단에 의해 포획 농축된 부유물질 농축액은 상기 부유물질 배출관으로 연속 배출되게 되고,

여재수단의 역세척공정시에는, 상기 원수 공급밸브와 여과수 배출밸브가 닫히고 공기 공급밸브와 역세척수 공급밸브 및 역세척수 배출밸브가 열린상태에서 상기 여과장치의 역세척이 달성되도록 된 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 10 항에 있어서, 상기 원수 공급수단과 여과수 배출수단 각각에는 공급 원수의 유입압력을 감지하여 측정하는 압력측정수단과 배출되는 여과수의 양을 감지하여 측정하는 유량측정수단이 장착되고,

상기 압력측정수단에 의해 감지된 상기 원수의 유입압력이 미리 설정된 목표 압력값 이상이거나 상기 유량측정수단에 의해 감지된 상기 여과수의 배출량이 미리 설정된 목표 수량값 이하이면, 상기 여과장치의 역세척공정이 진행되도록 된 것을 특징으로 하는 여과장치.
제 1 항에 있어서, 상기 여재수단의 설치방향과 같은 방향으로 설치되며, 다수개의 공기 배출 구멍이 형성되어 이 구멍을 통해 상기 여재수단의 수직방향으로 역세척 공기가 배출되도록 하는 상기 여재수단 보다 짧은 길이의 파이프 형태의 관 부재를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 부유물질 여과장치.
제 2 항 또는 12 항에 있어서, 상기 여재수단 고정용 플랜지 수단에는 상기 관부재가 삽입되는 관통공이 형성되며, 상기 관부재는 상기 공기 수평 공급수단과 접속되도록 된 것을 특징으로 하는 부유물질 여과장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 여재수단 고정용 플랜지 수단의 분배구가 역세척수를 상기 여재수단의 수평방향으로 역세척수를 분배하는 경우에는 역세척 공기가 상기 여재수단의 수직방향으로 공급되게 되고,

상기 여재수단 플랜지 수단의 분배구가 역세척 공기를 상기 여재 수단의 수평방향으로 역세척공기를 분배하는 경우 상기 역세척수와 다른 공기 공급수단에 의한 역세척 공기가 상기 여재수단의 수직방향으로 같이 공급되도록 된 것을 특징으로 하는 부유물질 여과장치.