KR20020030681A - 공극 조절 여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 공극 조절 여과장치는 유체(기체 혹은 액체)속에 포함된 입자상 물질을 여과할 수 있고, 동시에 역세척 효율도 우수한 장치를 제공하는데 목적이 있다. 이를 실현하기 위해 본 장치는 여러 종류의 섬유 여재를 섬유줄의 형태로 만들어, 섬유줄 지지대와 조임쇠에 의해 반응조의 덮개에 고정한 후, 덮개와 연결된 걸림쇠와 조임 나사에 의해 섬유줄 간의 공극을 미세·확대 조절할 수 있도록 설계하였다. 여과를 수행할 때는 걸림쇠와 조임 나사를 조여 섬유줄을 팽팽히 비틀어 당겨 주어 섬유줄 간의 공극을 최대한 미세하게 하여 여과효율을 높이고, 역세척을 수행할 때는 걸림쇠의 조절나사를 풀어 섬유줄을 느슨하게 수직으로 풀어주어 섬유줄 간의 공극을 최대한 확보할 뿐 아니라, 섬유줄을 느슨하게 풀 때 붙어있던 입자상 물질도 쉽게 떨어낼 수 있게 하였다. 본 여과장치는 섬유줄을 여과시에는 섬유줄간의 공극을 조밀화하고, 역세척시에는 공극을 느슨하게 최대한 확보할 수 있도록 설계한 공극 조절 여과장치로 여과와 역세척을 효율적으로 처리하고자 하였다.

Description

공극 조절 여과장치{Pore Controllable Filter}

여과란 유체를 다공성 메디아나 막으로 통과시켜 미세한 입자상 물질을 제거하는 것으로 여재를 충진하여 여과하는 내면 여과와 미세막으로 여과한는 표면 여과가 있다. 내면 여과의 대표적인 예는 모래 여과이다. 모래 여과는 유효경0.3∼0.5mm의 모래를 채워 유입수 중 50㎛ 이상의 입자상 물질(부유 물질)을 제거한다. 내면 여과 방식은 여재(메디아)의 충진 형태에 따라 다음으로 분류된다.

1) 단일 메디아 여과 ∼ 모래 혹은 안쓰라사이트 사용

2) 이중 메디아 여과 ∼ 모래와 안쓰라사이트 사용

3) 다중 메디아 여과 ∼ 모래와 안쓰라사이트와 garnet 사용

단일 메디아 여과의 단점은 공극의 구조가 일정하므로 여과시간과 여과유량의 증가에 따라 메디아 상단 부분의 공극이 먼저 막히게 된다. 이러한 일정한 공극 구조를 개선하기 위해 다중 메디아 방식을 사용한다. 다중 메디아 방식은 무겁고 큰 입자를 위쪽에, 가볍고 작은 입자를 아래쪽에 충진하여 여과속도와 여과유량을 개선하였으나 역세척시에는 무겁고 큰 입자가 아래쪽으로 재배치되어 여과지의 성능이 떨어지는 문제점이 남아있다. 표면 여과 방식의 대표적인 예는 정밀여과(microfiltration)이다. 모래여과가 큰 입자상 물질을 제거하는데 비해 정밀 여과는 0.1∼1㎛ 정도의 미세입자 및 용질을 분리할 수 있는 공정으로 세공이 막 총 용적의 80% 정도를 차지하는 것이 적합하고 추진력은 0.5∼5bar이다. 현재까지 발표된 내면 여과 방식과 표면 여과 방식의 장치들의 특성을 살펴보면, 모래여과는 수질이 낮고 설치비는 비교적 낮으나 역세 효율과 운영비는 보통이다. 스티로폴 여재 여과장치는 역세 효율은 개선하였으나 수질이 낮으며, 캐트리지 필터는 수질은 아주 우수하나 역세 효율이 낮고 운영비가 높다. 표면 여과방식인 고분자 분리막은 수질은 아주 좋으나 설치, 운영비가 높고 역세 효율이 낮다. 즉 여과장치들에 있어서 특성은 여과와 역세척 효율은 반비례 하는 것이다. 내면 여과 방식은 보통 표면 여과 방식보다 큰 공극으로 역세척 효율은 상대적으로 우수하나 여과 효율은 낮으므로 여과 성능을 향상시키기 위해서는 여과시 미세 공극을 유지할 수 있어야 한다. 표면 여과 방식은 대체로 미세 공극으로 여과 성능은 우수하나 역세척 효율이 낮으므로 여과시의 미세 공극은 유지하면서 역세척시에 공극을 확대 조절 할 수 있으면 문제점이 해결된다. 즉 여과장치의 문제점인 여과 효율과 역세 효율을 동시에 증진시키기 위해서는 여과시와 역세척시의 공극의 크기를 미세·확대 제어 할 수 있으면 된다. 국내에서의 공극 변화 여과 장치로는 미여과수의 수압으로 여과재를 압착하여 공극을 미세하게 하여 여과를 실시하고 역세시에는 압착된 여과재를 물과 공기로 회복후 역세척하는 방식이 있다.

본 여과장치의 특성은 여과시와 역세척시의 공극을 조절 할 수 있다는 것으로 여과시에는 섬유줄간의 공극을 조밀화하고, 역세척시에는 공극을 느슨하게 최대한 확보할 수 있도록 하여 여과와 역세척을 동시에 효율적으로 개선하고자 하였다.

내면 여과 방식의 대체적인 수질저하는 큰 공극이 원인이며, 미세한 입자는 제거가 어렵다. 그러므로 공극의 미세한 조절이 필요하다. 표면 여과 방식 장치들의 우수한 수질은 미세한 공극 덕택이나 역세척시에는 오히려 역세척 효율 저하의 원인이 된다. 그러므로 역세척시에는 공극의 확대 조절이 요구된다. 즉 내면 여과 방식의 수질 저하와 표면 여과 방식의 역세척 효율 저하는 크거나 작은 고정 공극이 원인이 되므로 필요에 따라 공극이 제어가 가능하면 문제점이 해결된다. 그러므로 본 발명의 공극 조절 여과장치는 유체속에 포함된 입자상 물질을 여과할 수 있고, 동시에 역세척 효율도 우수한 장치를 제공하는데 목적이 있다. 이를 실현하기 위해 여러 종류의 섬유 여재를 섬유줄의 형태로 만들어, 섬유줄 지지대와 조임쇠에 의해 반응조의 덮개에 고정한 후, 덮개와 연결된 걸림쇠와 조절나사의 조임에 의해 섬유줄 간의 공극을 미세·확대 조절할 수 있도록 설계하였다.

도면 1은 공극 조절 여과장치의 전체 단면도이다.

도면 2는 공극 조절 여과장치의 부분 상세도이다.

<도면의 부호설명>

1. 유입구 8. 반응조 상부덮게

2. 걸림쇠 9. 반응조

3. 조임쇠 10. 분사구

4. 섬유줄 11. 분사대 지지나사

5. 섬유줄 지지대 12. 반응조 하부덮게

6. 분사대 13. 유출구

7. 조임나사

본 장치는 유체중의 입자상 물질을 여과재(섬유줄)에 의하여 제거하는 장치이다. 본 여과 장치의 주요특징은 여러개의 섬유줄을 엮음으로 여과를 수행할 때 섬유줄과 섬유줄 간의 조임에 의하여 공극을 조절할 수 있다는 것이다. 입자상 물질을 제거할 때에는 도면 1]에 나타낸 반응조의 윗덮개와 연결되어 있는 걸림쇠와 걸림쇠를 조아주는 조임나사의 조절에 의해 섬유줄을 팽팽히 조여 섬유줄 자체의 공극도 수축하게 되며, 섬유줄 간의 공극도 조밀하게 되어 여과를 효과적으로 수행하고, 여과재의 역세척(backwashing)시에는 반응조 윗 덮개와 연결되어 있는 걸림쇠의 조임나사를 풀어 섬유줄을 느슨하게 풀어 공극을 확대시켜 입자상 물질의 세척을 용이하게 할 뿐 아니라, 수직으로 늘어뜨려진 섬유줄은 입자상 물질을 떨어내기도 쉬운 구조로 되어 역세척 효율을 향상시키게 된다. 이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

1)은 유입구이며 처리하고자 하는 입자상 물질을 포함하는 유체가 유입된다.

2)는 "』" 모양(꺽쇠모양)의 걸림쇠로 반응조의 윗덮개 안쪽과 연결되어 7)의 조임나사의 조절로 섬유줄을 조절할 수 있다. 반응조의 윗 덮개에 고정된 지지대와 섬유줄을 고정시키는 조임쇠는 7)의 조임나사의 조절에 의해 섬유줄의 상태가조절된다. 유체의 입자상 물질 제거시에는 먼저 3)의 조임쇠로 섬유줄을 고정시키고 7)의 조임나사로 조여주어 섬유줄을 팽팽히 하여 공극을 미세하게 하고, 역세척(backwashing) 시에는 7)의 조임나사를 풀어주어 연결된 섬유줄을 완화하여 공극을 확보하여 세척을 효과적으로 수행한다.

4)는 섬유줄(fiber)로서 용도에 따라 다양하게 재질을 선정 할 수 있다. 4)의 섬유줄은 5)의 섬유줄 지지대에 3)의 조임쇠로 고정된다.

6)은 분사대로서 유입수를 분사시키기 위해 미세한 분사구가 있다. 분사구에서 유입수가 분사되어 반응조에 물이 고이게 되고 4)의 섬유줄 묶음 사이로 여과가 이루어진다.

9)는 원통형 반응조이다. 8), 12)은 반응조의 상부, 하부덮개이며, 섬유줄 지지대가 부착·고정되어 있다. 반응조 상부덮개는 7)의 조임나사의 조절로 강약으로 조여 섬유줄의 공극이 조절된다.

10)은 분사대내에 위치하고 있는 분사구로 유입수를 균등하게 분사시킨다.

11)은 유입수 분사대 지지나사이다.

13)은 처리수 유출구이다. 역세척시에는 역세수의 유입구로 사용된다.

본 발명의 공극 조절 여과장치는 여과재 섬유의 고정 공극의 크기에 따라 여과 성능이 결정되는 기존의 여과 방식과는 달리, 섬유줄을 사용하여 섬유줄간의 공극의 크기를 미세·확대조절할 수 있다. 본 공극 조절 여과장치의 발명효과는 다음과 같다.

첫째, 여과재로 사용된 섬유줄간의 공극을 미세 조절 할 수 있어 여과효율을 향상시킬 수 있다. 제거 대상 입자상 물질의 크기에 따라 반응조에 연결된 걸림쇠와 조임나사로 공극을 적절히 조절하여 사용할 수 있으므로 여과 성능에 유동성이 있다

둘째, 여과재 공극의 확대조절로 역세척 효율을 향상시킬 수 있다. 역세척시에는 걸림쇠와 연결된 조임 장치를 풀어 섬유줄을 느슨하게 하여 공극을 확대 조절할 수 있으며, 섬유줄 자체도 수직으로 널어 뜨려지므로 여과된 입자상 물질도 효과적으로 떨어낼 수 있어, 여과장치의 큰 문제점인 역세척 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

셋째, 여과재의 선정과 교환이 용이하여 경제적이다. 같은 여과재에 대해서도 조절 장치로 섬유줄 자체의 공극도 미세조절이 가능하므로 여과에 유동성이 있고 역세척이 유리하므로 여과재 선정이 용이하다. 여과재의 교환이나 교체도 힘든 조작없이 섬유줄 지지대에 연결된 여과재(섬유줄)만 바꾸면 되므로 경제적이다.

Claims (1)

1. 가) 섬유여재를 섬유줄의 형태로 하여 여과재로 사용

   나) 섬유줄을 반응조의 덮개에 고정한 후 걸림쇠와 조임나사로 섬유줄간의 공극을 조절한다. 자세히 설명하면, 8)과 12)는 반응조의 상부·하부 덮개로 섬유줄 지지대와 조임쇠 및 분사대 지지나사로 구성된다. 반응조 상부 덮개는, 2)의 걸림쇠와 연결된 7)의 조임나사의 조절로 조여지거나 완화되면서 고정된 섬유줄로 조절된다. 2)와 7)부분을 자세히 설명하면, 2)는 "』" 모양(꺽쇠모양)의 걸림쇠로 반응조의 윗덮개 안쪽과 연결되어 7)의 조임나사의 조절로 섬유줄 간의 공극을 조절할 수 있다.

   다) 유체의 입자상 물질 제거시에는 먼저 3)과 5)의 섬유줄 지지대와 조임쇠로 섬유줄을 고정시키고 2)의 걸림쇠와 연결된 7)의 조임나사를 조여주어 섬유줄을 팽팽히 당겨주어 섬유줄 간의 간격을 좁혀 공극을 미세하게 하여 여과를 실시한다.

   라) 역세척(backwashing) 시에는 2)의 걸림쇠와 연결된 7)의 조임나사를 풀어주어 섬유줄을 느슨하게 늘어 뜨려 섬유줄 간의 간격을 넓혀 입자상 물질을 쉽게 떨어내어 역세척을 효과적으로 수행한다.