KR20010086986A

KR20010086986A - 접선 흐름 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치

Info

Publication number: KR20010086986A
Application number: KR1020000011032A
Authority: KR
Inventors: 현문식; 김형주; 김병홍; 류흥선; 김일호
Original assignee: 현문식; 한국바이오시스템(주)
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-15
Also published as: KR100361853B1

Abstract

본 발명은 폐수내 존재하는 부유물의 여과장치에 관한 것으로서, 외부의 폐수를 여과기 상면에 도입하며, 여과기와의 간격조절이 가능한 유입부(2), 메쉬(15)로 둘러싸인 콘 형태(corn-type)의 여과기(filter)(3), 여과되지 않은 폐수와 고형물을 외부로 내보내는 고형물 배출부(6), 여과기(3)로부터 여과된 여액을 일시적으로 저류되는 침전조(6), 침전조로부터 여액을 채취할 수 있는 시료채취부(9), 및 침전조(8)에 저류된 여액 및 침전물을 외부로 유출하는 여액배출부(10) 및 침전밸브(11)를 구비한다.

따라서, 폐수를 여과장치 내부로 하향류식 제트수류로 유입시켜 접선 흐름(tangential flow) 형태로 여과 및 세척을 수행하도록 하므로써, 부유성 고형물이 포함된 폐수를 장기간 처리하여도 유지 및 보수가 간편할 뿐만 아니라 간단한 공정으로 다양한 종류의 폐수에 함유되어 있는 부유성 고형물을 효과적으로 처리할 수 있다.

Description

접선 흐름 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치{Suspended solids filtering device of wastewater using tangential flow method}

본 발명은 각종 수질 분석시 방해물질로 작용하는 부유성 고형물질을 제거하는 폐수의 부유물 여과장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 콘 형태의 여과기를 설치하여 유입되는 부유성 고형물질을 효과적으로 제거할 수 있는 폐수의 부유물 여과장치에 관한 것이다.

일반적으로 폐수처리장의 경우, 계측, 제어의 자동화 및 중앙 집중 관리화시 용이한 작업, 일괄적인 관리, 확실성 및 안정성을 확보하기 위해 계장 설비를 하고 있다. 즉, 능률적인 관리를 목적으로 운전인의 감각이나 인력을 대신하는 계측 기기 및 전기장치에 의해 처리시설의 운영관리에 필요한 요소를 계측, 감시 및 제어하여 운전의 안전성 및 보안, 처리의 안정화, 조작의 확실성, 적절한 내구성의 유지, 처리효율의 향상, 작업환경의 개선, 자동화 등을 통하여 합리적인 관리와 운전을 함으로써 자원 및 에너지 절감을 도모한다는 것이다(폐수종말 처리장 설계 지침, 1995).

그러나, 현장 계측 기기는 유입되는 폐수의 질과 양이 불규칙하게 변동하여 일정한 정밀도를 유지하는 것이 불가능하며, 사후관리를 적절히 하여도 사용시간의 흐름에 따라 노후화 되어 성능이 저하되며, 기기의 형식변화와 제작중지에 따라 초기 계장설비를 계속 사용하게 되는 경우와 법적 규제 등에 의해 사용이 불가능하게 되는 단점이 있다(폐수종말 처리장 설계 지침, 1995).

특히, 현장 계측기기의 경우 가장 큰 문제점은 부착성 물질에 의한 수로폐쇄 또는 이로 인한 측정의 오차, 혼입물에 의한 기기 마모 및 파손 등 측정 대상물에 의한 장애 발생이다. 따라서, 계측기기의 안정성을 높이고 장기적인 사용이 가능하면서 실험실에서 수행되는 각종 수질 분석시와 같은 정밀도를 갖게 하기 위해서는 이러한 일정크기 이상의 고형물질을 자동측정 전에 제거해야 한다.

현재 가동중인 하·폐수 처리장 및 분뇨·축산폐수 처리장으로 유입되는 폐수는 그 폐수내에 존재하고 있는 부유성 고형물의 형태가 매우 다양하여 스크린, 침사지 및 일차 침전지 등 본처리 이전에 다양한 전처리 시스템을 설치·운전하고 있으며, 또한 각 처리장에는 최종 유출수의 수질기준에 합리적으로 대응하기 위해 여과장치가 별도의 부대설비로 설치되어 있기는 하지만, 현장 사정을 감안한다면 이러한 계측기기에 이용할 수 있는 수질을 지속적으로 달성하기에는 다소 무리가 있는 실정이다.

따라서, 실제 폐수처리장내에서 이용되고 있는 자동 계측 기기는 이러한 장애를 제거하기 위해 다양한 방법들을 통한 전처리 장비가 별도의 설비로 보완되어있다. 그러나, 매우 가변적인 폐수 성상 및 현장 기후조건에 의해 이와 같은 고형물을 배제하기 위한 전처리 장비가 제 기능을 발휘하지 못하고 있다.

종래의 고형물 전처리 방법으로써 중력식 침강법을 이용하는 경우에는 급격한 수질변화(부유성 고형물양의 급증 등)가 발생한다면 최초에 설계된 체류시간을 거쳐 계측 기기 내부로 유입되는 폐수 성상이 불규칙해져 측정값의 변동폭이 커지게 된다. 또한 전처리로 여과를 행하는 경우는 일반적인 고형물에 비해 비교적 점도가 높은 슬러지 고형물에 의해 유발되는 필터의 폐색 현상 때문에 빈번한 역세척 또는 필터의 교환 등이 요구된다.

즉, 이와 같은 방법에 의해 폐수의 고형물을 제거하는 경우에는 잦은 유지/보수와 비용을 들여야 하므로 폐수처리장의 자동화 계획에 차질을 빚을 뿐 아니라, 경제성 면에 있어서도 바람직하지 않게 된다.

따라서, 계측기기로 유입되는 폐수의 고형물을 장기간동안 일정하고 효율적으로 제거할 수 있으며 동시에 유지/보수를 최소한으로 줄일 수 있는 여과장치가 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 점들을 감안하여 제안된 것으로 본 발명의 목적은 부유성 고형물을 포함하는 폐수를 지속적으로 일정한 여과수질을 유지하면서 처리할 수 있는 폐수의 부유물 여과장치를 제공함에 있다. 본 발명의 또다른 목적은 부유성 고형물이 포함된 폐수를 장기간 처리하여도 유지 및 보수가 간편할 뿐만 아니라 간단한 공정으로 다양한 종류의 폐수를 효과적으로 처리할 수 있는 폐수의 부유물 여과장치를 제공함에 있다

제 1도는 본 발명에 따른 폐수의 부유물 여과장치를 개략적으로 도시한 도면이고,

제 2도는 본 발명의 여과기, 여과기통 및 메쉬 부분을 확대한 확대도이다.

* 도면의 중요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 여과장치 2 : 유입부

3 : 여과기 4 : 여과기통

5 : 경사판 6 : 고형물 배출부

7 : 여액유출부 8 : 침전조

9 : 시료채취부 10 : 여액배출부

11 : 침전밸브 12 : 침전물 배출부

13 : 펌핑수단 14 : 배플판

15 : 메쉬

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 접선 흐름(tangential flow) 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치로서, 외부의 폐수를 여과기 상면에 도입하는 유입부, 메쉬로 둘러싸여 폐수를 여과하는 콘 형태(corn-type)의 여과기(filter), 여과기에서 여과되지 않은 폐수와 고형물을 외부로 내보내는 고형물 배출부, 여과기로부터 여과된 여액을 일시적으로 저류하는 침전조, 침전조로부터 여액을 채취할 수 있는 시료채취부 및 침전조에 저류된 여액 및 침전물을 외부로 유출하는 여액배출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.

본 발명을 도면을 참고로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 폐수의 부유물 여과장치(1)는 유입되는 폐수의 유압을 제어하는 펌핑수단(13)을 포함한다. 여과장치 내부로 폐수를 유입시키는 유입부(2)는 여과기(3)와의 이격거리 조정이 가능하도록 장치내로 삽입되는 높이를 조절할 수 있는 스크류 등의 조절수단을 포함한다. 여과기(3)에서 여과되지 않은 고형분 및 여액이 외부로 배출시키는 고형물 배출부(6)에 손쉽게 도달하도록 경사판(5)을 설치한다. 침전조(8)는 여과기에서 유입된 여액을 일정한 높이를 유지할 수 있도록 침전조(8)의 상부벽면에 오버플로우(overflow)되는 여액을 외부로 배출할 수 있게 여액배출부(10)을 설치하고, 하부에는 침전된 침전물 또는 여액을 외부로 배출할 수 있는 침전밸브(11)를 설치한다. 또한 침전조(8)로 유입된 여액의 유동을 최소화시켜 시료채취부(9)에서 효과적으로 채취할 수 있도록 침전조(8) 상면에 배플판(baffle plate)(14)을 설치한다.

콘 형태의 여과기(3)는 여과기통(4)과 분리할 수 있으며 폐수의 고형분 함유량에 따라 상이한 경사각을 갖는 여과기를 부착할 수 있다. 또한 여과기(3)를 감싸는 메쉬(15)의 공극크기는 여과되는 고형 불순물의 크기를 조절할 수 있도록 조절이 가능하다. 본 발명의 여과기(3)는 콘 형태에 의한 접선 흐름(tangential flow)를 유발시켜 고형물의 케익 생성을 지연할 수 있고, 생성된 케익의 자동탈리를 유발하여 유지, 보수가 용이한다.

이와 같은 본 발명에 의한 폐수의 부유물 여과장치의 작동과정을 상세히 설명한다.

먼저, 폐수는 펌핑(13)에 의해 유입부(2)를 통해 제트수류로 제2도와 같이 메쉬(15)로 둘러싸인 콘(corn) 형태의 여과기(3) 상면에 낙하된다. 여과기(3)로 유입된 폐수는 여과기와의 교차지점에서 각을 이루고 있기 때문에 유입되는 폐수중 고형물은 여과되지 않은 폐수와 함께 경사진 여과기 벽면을 따라 쉽게 흘러내려 경사판(5)으로 낙하된다. 여과기(3)를 통과한 여액은 침전조 하부로 연결된 여액유출부(7)를 통해 침전조(8)에 저류된다. 상기 경사판(5)으로 낙하된 폐수 및 고형분은 폐수의 흐름과 기울어져 있는 경사판의 높이차이로 인해 고형물 배출부(6)로 유입되어 외부로 배출된다.

유입부(2)는 스크류(screw) 등의 조절수단을 통해 방향 및 길이조절이 가능(spiral type)하여 여과기와의 간격이 자유롭게 조절되도록 구성할 수 있다. 이와 같은 간격조절을 통해 여과기(3)의 메쉬 상부표면에 도달되는 폐수의 낙하 압력을 조절할 수 있다. 이에 따라서 상당기간이 경과한 후에도 메쉬(15)에 슬러지 케익이 생성되는 것을 방지하며, 또한 장기간의 여과 후 케익이 생성되어도 상부에서 하향류식 제트수류로 유입되는 폐수에 의해 자연탈리된다. 또한, 본 발명의 여과기(3)는 여과기통(4)과 분리할 수 있으며 폐수의 고형분 함유량에 따라 상이한 경사각을 갖는 여과기를 부착할 수 있다.

이와 같이 유입부(2)와 콘 형태의 여과기(3)의 높이 조절을 용이하게 조절할 수 있기 때문에 폐수내 고형물 농도가 높은 경우는 그 간격을 길게 하거나 또는 고형물 농도가 낮은 경우는 그 간격을 짧게 조절함으로써 적절한 여과기능을 발휘할 수 있도록 조절된다. 또한 유입부(2)에서 유입되는 폐수의 유입 유량 및 유속은 펑핑수단 및 유입라인에 체크밸브를 통해 가변적인 조절이 가능하다.

여과기(3)로부터 침전조로 연결된 여액유출부(7)를 통해 침전조로 유입된 여액은 침전조 용량에 따라 일정시간 체류한 후, 오버플로우(overflow)되는 여액은 여액유출구(10)를 통해 외부로 배출되며, 시료채취부(9)에서 여액을 채취하여 각종 수질 오염도 분석시 시료로 이용된다.

침전조(8) 바닥층은 잔류 고형물의 인발이 용이하게 경사지게 설치되며, 침전밸브(11)를 개폐하여 침전조의 잔류고형분 또는 여액을 외부로 배출한다. 또한 침전조(8) 상면에 설치된 배플판(14)은 침전조(8)로 유입된 폐수의 여액의 와류를 감소할 수 있어 효과적으로 시료를 채취할 수 있다.

궁극적으로, 이와 같은 접선 흐름(tangential flow)를 이용한 여과장치를 통과한 여액은 계측기기로 유입되어 정밀한 측정을 지속적으로 가능할 수 있게끔 해줄 정도로 일정한 크기의 부유성 고형물을 함유하게 된다. 따라서 장기간동안 기기의 신뢰도를 높게 유지할 수 있으며, 메쉬의 공극크기(pore size)를 조절함으로써 여과되는 여액내의 최대 고형물 크기를 임의로 조절할 수 있다는 것이 그 특징이다.

(실시예 1)

중랑 하수처리장(서울시 중랑구 소재)의 슬러지를 채취, 적절한 SS 농도(약 600∼1,000mg/L)로 희석하여 제1도에 도시한 폐수의 부유물 여과장치를 사용하였다. 여과기의 메쉬 크기는 Sieve No. 10(2.000mm)과 Sieve No. 50(0.300mm)을 이용하고, 콘의 각은 각각 수평면을 기준으로 25°, 45°, 60°인 것을 사용하여 각각 일정기간(약 2개월) 여과를 연속적으로 수행하였다. 전 기간동안 원폐수의 일일 유입유량(800ℓ/h) 및 유속은 일정하게 유지하였으며, 주요 인자로는 부유성 고형물질(SS)을 비교하였다.

본 실험에서의 평균 결과치를 표 1에 요약하였다.

상기 표1과 같이 두 종류의 메쉬 모두 45°의 콘 각도에서 가장 양호한 부유성 고형물질 제거율을 나타내었다. 콘의 각도를 25°로 하는 경우에는 메쉬의 폐색현상이 눈에 뜨일 정도로 관찰되어 잦은 메쉬 세척을 요할 것으로 생각된다. 또한, 60°로 콘 각도를 조절한 경우는 고형물 제거율은 높으나 여액 발생량이 적어진다는 단점을 가지고 있다.

따라서, 콘의 각도를 45°로 하는 경우가 슬러지 케익의 탈리 및 여액 발생량 측면에서 그리고 고형물 제거율에 있어서 가장 양호한 결과를 보였다.

또한, 이러한 콘 형태의 여과기와 일반적인 사면 형태의 여과기를 이용하여폐수를 여과한 실험을 행한 결과, 동일한 메쉬 공극 크기에 있어서는 콘 형태의 여과기가 더 나은 고형물 제거율을 나타내었다

(실시예 2)

실시예 1과 동일한 실험조건으로 도1에 도시한 폐수의 부유물 여과장치를 사용하였다. 여과기의 콘 각도 45°에 대해 메쉬별로 일정기간(약 2개월) 여과를 연속적으로 수행하면서, 각각 SS, BOD, COD 농도 변화를 측정하였다.

시운전동안 각 메쉬에 대해 여액내 SS 함량 및 손실수두의 증감 현상이 거의 관찰되지 않았으며, 또한 시운전 개시후 약 1개월 무렵 메쉬 상부 표면층에 약간의 슬러지 케익이 생성되었으나, 유입부와 여과기 사이의 간격을 줄임으로써 약 5분 후에 자연탈리되어 별도의 메쉬 세척 또는 교체를 행하지 않았다. 또한 SS 제거율에 있어서는 Sieve No. 10(평균 약 91%)을 제외하고는 거의 유사한 값(평균 약 96% 이상)을 보여 Sieve No. 30에 해당하는 메쉬로 여과를 행하여도 무방할 것으로 사료되었다.

본 발명을 이용하여 약 2개월간에 걸쳐 수행한 시운전시, 원폐수, 여과된 폐수 그리고 시료 채취부위에서 채취한 폐수에 대하여 SS, SBOD(용해성 BOD), SCOD(용해성 COD)를 통상적인 방법을 사용하여 측정한 후 얻은 평균치를 다음 표 2에 제시하였다.

※ SS : 부유성 고형물, SBOD : 용해성 BOD, SCOD : 용해성 COD

(실시예 3)

본 발명의 폐수 부유물 여과장치(Sieve No. 30, 콘 각도 45°)을 이용하여 채취한 폐수의 시료를 증류수로 적절히 희석한 실제 전분폐수의 SBOD를 본 발명의 여과장치 통과 전과 여과장치 통과후의 시료를 채취하여 BOD 계측기(한국 바이오시스템(주)에 의한 BOD를 1개월간 측정, 비교한 결과치를 표 3에 제시하였다.

약 10일 간격으로 고농도에서 저농도로 낮춰가면서 본 발명에 의해 여과장치를 통과한 폐수의 BOD(BOD 계측기)와 여과장치를 통과하지 않은 유입수의 SBOD(5일 BOD) 농도를 측정, 비교한 결과, 그림 1에서와 같이 거의 유사한 경향을 보여 본 발명은 계측기에 의한 수질 분석시 적합한 여과장치로 이용될 수 있는 것으로 나타났다.

(그림 1)

A : 여과장치 통과 후, BOD 계측기에 의해 측정된 BOD값

B : 여과장치 통과 전, 5일 BOD 측정법에 의해 측정된 BOD값

본 발명은 종래의 중력식 침강법에 의한 전처리 방법 및 잦은 폐색을 유발하는 여과에 의한 전처리 방법에 대한 대안으로서, 여과장치 내부에 메쉬로 둘러싸인 콘 형태의 여과기(filter)를 설치하여 하향류식(down-stream) 제트수류로 유입되는 폐수를 여과함과 동시에 잦은 필터 교환과 역세척을 최소화하기 위한 일종의 폐수 여과장치에 관한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 폐수의 부유물 여과장치는 폐수를 연속적으로 여과하는 경우 장기간 동안 유지 및 보수가 불필요하며, 종래의 폐수내 고형물 제거장치 보다 효과적으로 고형물을 제거한다. 또한 유입부와 여과기 사이의 거리 조정이 가능하고, 다양한 각을 갖는 여과기의 부착이 가능하며, 메쉬 크기를 조절할수 있으므로 다양한 수질에 따라 사용자가 선택적으로 적용할 수 있다. 그와 더불어 본 발명의 폐수 여과장치는 종래의 BOD 특정 장치와 연계하여 부착하거나 단독으로 사용 가능할 뿐아니라, 소형으로 제작가능하므로 처리장내에서의 공간확보 및 전체적인 경제성 측면에서 보다 합리적인 용해성 BOD 및 폐수 전처리 장치로 이용할 수 있다.

본 발명의 폐수의 부유물 여과장치는 오·폐수 뿐만아니라 각종 상수, 하천수, 호수수 또는 해수 등의 정확한 BOD 등의 측정이 필요한 곳에서 부유물의 여과장치로서 사용이 가능한다.

Claims

부유성 고형물을 포함하는 오·폐수, 하천수, 호수수 및 해수 등의 여과장치에 있어서, 외부의 폐수를 여과기 상면에 도입하는 유입부(2), 메쉬(15)로 둘러싸여 폐수를 여과하는 콘 형태(corn-type)의 여과기(filter)(3), 여과기에서 여과되지 않은 폐수와 고형물을 외부로 내보내는 고형물 배출부(6), 여과기(3)로부터 여과된 여액을 일시적으로 저류하는 침전조(8), 침전조(8)로부터 여액을 채취할 수 있는 시료채취부(9) 및 침전조(8)에 저류된 여액 및 침전물을 외부로 유출하는 여액배출부(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 접선 흐름(tangential flow) 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치.
제1항에 있어서, 상기 콘 형태의 여과기(3)는 여과기통(4)과 탈착 가능한 것을 특징으로 하는 접선 흐름(tangential flow) 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치.
제1항에 있어서, 상기 유입부(2)는 높이 조절수단이 구비되어져 상기 여과기(3)와의 이격거리의 조정이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 접선 흐름(tangential flow) 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치.
제3항에 있어서, 상기 유입부(2)의 높이 조절수단은 스크류인 것을 특징으로 하는 접선 흐름(tangential flow) 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치.
제1항에 있어서, 상기 침전조(8)가 유입된 폐수의 와류를 감소시키는 배플판(14)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 접선 흐름(tangential flow) 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과장치.
폐수내 존재하는 부유성 고형물을 제거하는 폐수의 부유물 여과방법에 있어서, 폐수를 메쉬로 둘러싸인 콘 형태의 여과기에 하향류식으로 공급하여 상기 폐수가 상기 여과기면을 접선방향으로 흐르도록 함을 특징으로 하는 접선 흐름(tangential flow) 방식을 이용한 폐수의 부유물 여과방법.