KR20040073972A - 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 및 이를위한 제조방법과 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속의 회전 운동이 고속의 왕복 운동으로 변환되어 전달되는 바이트에 의해 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 담체 또는 여과재 및 이를 위한 제조방법과 제조장치에 관한 것으로,

종래 여과재에 비해 더 큰 전체 표면적을 가질 뿐만 아니라 폐수에 포함된 미생물의 부착이 용이하고 견고하며 형성된 생물막의 탈리가 잘 일어나지 않고 장기간 유지되도록 하며, 폐수 중의 유기성 오염물질을 분해시키는 접촉 산화공법에 사용할 뿐만 아니라 대기 중의 비산 먼지나 오염 가스를 여과하는데도 사용할 수 있는 담체 또는 여과재 및 이를 위한 제조 방법과 제조 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 및 이를 위한 제조방법과 제조장치{A FILTER IN A SPIRAL TYPE FORMING A PLURALITY OF PROMINENCE AND DEPRESSION IN THE FORM OF THE RIB OF A FAN IN TURN ON SURFACE AND MANUFACTURING METHOD AND MACHINE THEREFOR}

본 발명은 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 및 이를 위한 제조방법과 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속의 회전 운동이 고속의 왕복 운동으로 변환되어 전달되는 바이트에 의해 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 및 이를 위한 제조방법과 제조장치에 관한 것이다.

다양하고 상이한 폐수 정화방법이 알려져 있으며 일반적으로, 처리될 폐수의 수질에 따라서, 다양한 방법이 폐수 처리에 채용되고 있다. 화학 물질의 첨가와 오존이나 염소 등으로의 가스 처리, 중화반응, 응집반응을 비롯한 화학적 처리공정, 생물막, 촉매적 산화, 활성 슬러지, 특수한 생물학적 처리 및 혐기성 처리공정 등과 같은 생물학적 처리 공정, 침전, 여과, 흡착, 부유 및 막 처리공정을 비롯한 물리적 처리공정 등이 채용되거나 이들을 조합하여 폐수처리에 이용하고 있다. 물리화학적인 처리방법에는 샌드 필터나 카본 필터, 역삼투압, 한외여과막, 이온 교환막 등이 널리 사용되고 있으며, 여과재를 이용한 처리방법에는 플라스틱, 활성탄, 바이오세라믹, 점토, 모래, 자갈 등이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나, 이러한 종래의 폐수처리에는 비용이 많이 들고, 담체는 유기물과 미생물 층 부착의 원활함, 표면적, 내구성 등이 그 생명이라 할 수 있는데 기존의 담체는 사용에 따른 폐쇄현상, 교체, 제거의 빈번한 필요성, 설치의 난점 및 비표면적을 넓히는데 일정한 한계가 있었다.

근래에 와서는, 수질 오염에 대한 환경적 문제로 인하여 미생물을 이용하는 생물학적 폐수처리 방법의 개발과 적용이 증가하고 있다. 통상적으로, 미생물을 이용하는 생물학적 폐수처리 방법은 2차 오염의 유발을 최소화하기 위하여 화학적인 약품을 배제시켜 인체에 무해한 수질 정화를 달성하는 장점을 가지고 있으므로 응용 분야가 증가하고 있는데, 여기서 미생물을 담지하여 오염수와의 반응을 일으키도록 하는 여과재 개발이 기술의 핵심을 이루고 있다.

이러한 생물학적 폐수처리 방법은 주로 오염수에 사용되고 있지만, 양어장, 수족관 등의 사육수, 수경재배시 수질정화 및 식수의 정화 등에도 광범위하게 사용될 수 있다. 생물학적 방법으로는 예를 들면 허니컴 방식, 회전원판장치, 생물접촉여과장치 등이 알려져 있으며, 보통은 수중 유기물의 함량을 감소시키는 데 사용되어 왔지만, 근래에는 생물공학적 방법도 암모늄의 제거(질화), 탈질화에 의한 질소의 제거 및 인의 제거에 사용되고 있다.

폐수의 정화에 사용되는 생물학적 폐수처리 방법은 크게 호기성 폐수처리 방식과 혐기성 폐수처리 방식이 있다. 이러한 호기성 방식과 혐기성 방식 간에는 차이가 있는데, 호기성 공정에서는 미생물이 산소를 요하는 반면에, 혐기성 공정에 사는 미생물은 무산소 환경이어야 한다.

호기성 폐수처리는 혐기성 폐수처리에 비해 반응 시간이 짧고 유기 물질의 완전 제거 및 적은 면적을 차지하는 등의 장점을 가지고 있으며 널리 사용되는 방법은 활성 슬러지법, 회전원판법, 살수여상법 등의 생물막법이 널리 사용되고 있다.

생물학적 폐수처리 설비는 대부분 호기성 공정에 기초하고 있지만, 특히 농축 유기 산업폐수의 질소 제거 및 정화와 관련하여 혐기성 공정에도 관심이 증가하고 있다.

통상적으로 널리 사용되고 있는 폐수처리 방법으로서 활성 슬러지법은 처리 효율은 높지만 반응조 체적의 대형화, 슬러지 반송 문제, 부하 변동에의 민감, 슬러지의 팽화현상 발생 등의 문제가 발생하여 안정적인 처리수를 확보하기가 어렵고,회전원판법은 반응조의 체류 시간이 짧고 반수 및 슬러지의 반송이 필요치 않으며 수질 변동이 심한 폐수에도 사용이 가능하고 활성 슬러지법에 비해 동력 소비량이 적으며 조작이 쉽다는 장점을 가지고 있지만 악취가 많이 발생하고 추운 날씨에는 사용이 어렵다는 단점이 있다.

다른 방법으로 살수 여상법은 탱크 내에 돌이나 플라스틱으로 이루어진 여과재에 폐수를 분사하여 통과시키는 방법으로 건설비 및 시설 유지비가 적게 소요되며, 폭기에 동력이 필요치 않고 여과재 내에 많은 양의 미생물이 존재하므로 폐수의 수질이나 수량 변동에 덜 민감하여 슬러지의 반송이 필요치 않고 온도 변화에 대한 영향을 적게 받으며 슬러지 팽화 현상이 없으며 운전이 간편하다는 장점이 있는 반면에, 폐수의 농도가 높거나, pH가 낮은 경우에는 균류가 우세하게 나타나게 되고 이것이 심화되면 생물막이 비대해지고, 생물막의 탈락, 여과재 층의 폐쇄현상, 악취 발생 등과 같은 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 전술한 기존의 폐수처리 방식의 이러한 단점들을 개선하기 위하여, 미생물 흡착 담체와 같은 다양한 생물막 담체의 개발 및 개량에 초점이 맞춰지고 있다.

생물학적 수질 정화에 사용되는 생물막 담체는 미생물을 부착 증식시켜 폐수 중의 유기성 오염물질을 분해시키는 접촉 산화공법 등에 사용되는 것으로, 활성 슬러지 공법 등 다른 공법과 비교하여 슬러지 발생량이 적고, 슬러지 반송을 생략할 수 있으며, 부지 소요면적이 작고, 부하 변동에 탄력적으로 대응할 수 있는 여러 가지 장점이 있어 이용이 증가하고 있다.

이와 같은 생물막 담체는 고정상과 유동상으로 구분되며, 고정상 생물막 담체에는 시설비 소요가 크고, 설치에 장시간이 소요되며, 여과재가 폭기장치의 보수작업에 장애가 될 수 있고, 추가 증설이 어려운 문제점이 있다. 반면에 생물막 유동상 여과재는 반응조 내에 생물막 여과재를 투입하는 것으로 설치가 완료되므로 설치가 용이하고, 필요에 따라 추가 투입 또는 제거가 용이하므로 충진량을 임의로 조절할 수 있는 등 여러 가지 장점이 있어 사용이 증가되는 추세이다.

종래에 사용하였던 담체의 일예는 일본국 특허공개 평7-75712호에 개시되어 있으며 이는 합성수지로 이루어지고, 액체 속에 혼합되어 있는 부유물과 이물질을 여과하는 여과재에 있어서, 부채 모양으로 형성된 판재의 상단변을 대략 S자 모양이 연속되도록 구부려 형성함과 동시에 이 구부려 형성한 판재를 부채 모양의 하단변이 중심측이 되도록 여러 번 회전시키고 감아서 전체의 형상이 나선형이 되도록 구성한 부채형 여과재에 관한 것으로, 바이트를 이동시켜 회전하는 선반의 척에 장착된 합성수지재의 소재를 절삭해 나가면 이런 형태의 담체를 제조할 수 있지만, 그 표면이 매끄러운 표면으로 되어 있으므로 역세정할 때 박테리아가 담체에 계속 부착되어 있지 못하고 담체에서 탈리되는 현상이 발생하였었다.

또한, 종래에 사용하였던 담체의 다른 예는 대한민국 등록실용신안공보20-0209344호에 개시되어 있는데 이 공보에 개시된 고안의 배양판은 매끄러운 면으로 된 평면이 아니라 그 표면적을 더욱 넓히도록 배양판이 주름지게 형성되어 있다.

그리고, 상기 대한민국 등록실용신안공보20-0209344호와 마찬가지로 배양판을 주름지게 형성한 것의 또 다른 예로는 일본국 특허공개공보 평7-275876호의 박테리아 배양식 여과재를 들 수 있는데, 바이트를 이동시켜 회전하는 선반척의 회전속도와 바이트의 이동 속도를 조절하면서 선반의 척에 장착된 합성수지재의 소재를 절삭하면 합성수지재의 소재 표면이 살이 트듯이 밀리면서 생성되는 홈의 간격과 길이 및 형태가 일정하지는 않는 주름이 여과재의 표면에 형성되지만 이 주름 형태의 여과재 또한 역세정할 때 박테리아가 담체에 계속 부착되어 있지 못하고 여과재에서 탈리되는 현상이 발생하였었다. 즉, 역세정시 표면이 매끄러운 형태의 담체보다는 박테리아가 담체에 부착되어 남아 있는 정도가 양호하다고 할 수 있으나 생성된 주름에 있어서 주름의 형태와 간격이 일정하지 않고 주름의 요철 홈의 깊이가 깊지 못하므로 역세정할 때 박테리아가 담체에 계속 부착되어 있지 못하고 담체에서 탈리되는 현상이 발생하여 오염수가 충분히 여과 처리되지 않는 단점을 안고 있었다.

또한, 이러한 종래의 담체들은 그 사용 용도가 모두 폐수 중의 유기성 오염물질을 분해시키는 접촉 산화공법에 한정되어 있고, 대기 중의 비산 먼지나 오염 가스를 여과하는 것으로는 사용되고 있지 못하고 있었다.

이에 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 여과재에 비해 더 큰 전체 표면적을 가질 뿐만 아니라 폐수에 포함된 미생물의 부착이 용이하고 견고하며 형성된 생물막의 탈리가 잘 일어나지 않고 장기간 유지되도록 하며, 폐수 중의 유기성 오염물질을 분해시키는 접촉 산화공법에 사용할 뿐만 아니라 대기 중의 비산 먼지나 오염 가스를 여과하는데도 사용할 수 있는 여과재 및 이를 위한 제조 방법과 제조 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재를 제조하기 위한 제조 장치의 사시도이고;

도 2는 도 1의 구동축 및 종동축으로부터 전달되는 회전운동이 왕복운동으로 변환되는 부분을 도시하는 부분 확대도이며;

도 3은 종동 풀리에 대한 편심 캠 중심의 회전 이동궤적을 도시하는 도면이고;

도 4는 도 1의 척에 소재가 클램핑되어 있는 상태를 도시하는 사시도이고;

도 5는 본 발명 여과재의 실시 형태를 도시하는 도면이며;

도 6은 본 발명 여과재의 내부 단면을 도시하는 도면이고;

도 7은 본 발명 여과재의 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11, 11' : 풀리 12 : 구동 모터

13 : 척 14 : 리딩 스크류

15 : 종동 풀리 16 : 구동 풀리

17 : 모터 19 : 편심 캠

20 : 모터 21 : 지지대

22, 22' : 구동 및 종동 풀리 23 : 회전 링크

24 : 지지 가이드 25 : 바이트

26 : 회전 안내 롤러 27 : 지지판

28 : 이동 슬라이더 29 : 링크 몸체

30 : 콘트롤 박스 33 : 몸체

40 : 구동 벨트 O : 종동 풀리의 중심

O' : 편심 캠의 회전 중심

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소재의 일측을 클램핑하고 소재의 타측을 소재의 회전 시 그 회전이 안내되도록 지지하여 상기 소재를 회전시키는 단계와; 모터로부터의 회전력을 받아 구동 풀리가 회전하고 구동 벨트를 통해 상기 구동 풀리 회전력을 전달받아 종동 풀리가 회전하는 단계와; 편심 캠에 의해 종동 풀리의 회전 운동이 링크 몸체의 왕복 운동으로 변환되는 단계와; 상기 소재의 회전과 링크 몸체의 일측에 연결된 바이트의 왕복 운동에 의해 회전하는 상기 소재를 절삭 가공하는 단계와; 절삭 가공에 따른 소재의 길이 변화에 맞추어 상기 바이트의 이동을 제어하는 단계를 포함한다.

여기에서, 상기 바이트의 이동 제어는 모터의 회전에 따른 구동 풀리, 구동 벨트, 및 종동 풀리의 회전과 리드 스크류의 회전에 의해 몸체가 이동하고 이 몸체와 연결된 지지판, 지지대, 구동 및 종동 풀리, 편심 캠, 링크 몸체, 및 바이트의 동시 이동에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 소재의 일측을 클램핑하고 모터로부터 회전력을 전달받아 회전할 수 있는 척과; 상기 회전하는 척에 의해 클램핑된 소재의 타측을 끼워 소재의 회전을 안내할 수 있는 복수개의 회전 안내 롤러와; 모터로부터의 회전력을 받아 회전할 수 있는 구동 풀리와; 구동 벨트를 통해 상기 구동 풀리의 회전력을 전달받아 회전할 수 있는 종동 풀리와; 상기 종동 풀리의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환할 수 있는 편심 캠과; 상기 편심 캠에 의해 종동 풀리의 회전 운동이 변환되어 왕복 운동할 수 있는 링크 몸체와; 상기 링크 몸체를 지지하며 그 왕복 운동을안내할 수 있는 지지 가이드와; 상기 링크 몸체의 일측에 연결되어 왕복 운동함으로써 회전하는 상기 소재를 절삭 가공할 수 있는 바이트와; 지지판을 통해 상기 지지 가이드와 일체로 연결되어 있고 상기 소재의 절삭 가공에 따른 소재의 길이 변화에 맞추어 이동할 수 있는 몸체를 포함하고; 상기 척의 회전에 따른 소재의 회전과 바이트의 왕복에 의해 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재를 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 편심 캠의 일측은 종동 풀리의 중심에 대해 그 일측의 중심이 일정 간격 떨어진 상태로 편심되게 종동 풀리에 연결되고, 상기 편심 캠의 타측은 회전 링크를 통해 링크 몸체와 연결되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 바이트의 날은 원형이며 소재의 절삭 시 소재의 원형 정면의 반경부에 위치하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 몸체의 이동은 모터의 회전에 의해 구동 풀리, 구동 벨트, 및 종동 풀리의 회전을 거쳐 리드 스크류가 회전함으로써 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소재의 정면의 형상이 원형 또는 다각형으로 이루어지고 측면이 기다란 막대 형상의 것이 바람직하다.

아울러, 상기 소재의 재료는 합성수지 또는 비철금속인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 소재를 S자형으로 상호 연속적으로 구부려 S자형 부분이 상부에서 하부로 좁아지는 상광하협의 부채꼴 모양으로 이루어지게 형성되고,이렇게 형성된 S자형 부분을 다시 복수회 비틀어 감아서 나선형 형태를 취하도록 만들어지며, 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 것을 포함한다.

여기에서, 상기 소재의 S자형 부분의 상단부가 일정 간격으로 번갈아 형성된 요철에 의해 일정 간격으로 반복하여 각이 져 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 소재의 정면의 형상이 원형 또는 다각형으로 이루어지고 측면이 기다란 막대 형상의 것이 바람직하다.

또한, 상기 소재의 재료는 합성수지 또는 비철금속인 것이 바람직하다.

한편, 본원에서 사용된 "여과재"란 용어는 미생물을 부착 증식시켜 폐수 중의 유기성 오염물질을 분해시키는 접촉 산화공법 등에 사용되는 생물막 담체와, 이와 같은 생물막 담체와 전체의 형상이 유사하지만 담체와는 달리 폐수 중에서 사용되는 것이 아니라 일반 대기 중에 사용되어 공기 중에 포함되어 비산되는 먼지나 아황산 가스 등을 흡착하여 오염된 공기를 여과할 수 있는 여과재인 필터(filter)를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여과재 제조장치는 소재를 클램프하여 회전할 수 있는 척(13)과; 복수개의 회전 안내 롤러(26)와; 모터(20)로부터의 회전력을 받아 회전할 수 있는 구동 풀리(22) 및 종동 풀리(22')와; 편심 캠(19)과; 상기 편심 캠(19)에 의해 종동 풀리(22')의 회전 운동이 변환되어 왕복 운동할 수 있는링크 몸체(29)와; 상기 링크 몸체(29)를 지지하며 그 왕복 운동을 안내할 수 있는 지지 가이드(24)와; 상기 링크 몸체(29)의 일측에 연결되어 왕복 운동함으로써 회전하는 상기 소재(W)를 절삭 가공할 수 있는 바이트(25)와; 지지판(27)을 통해 상기 지지 가이드(24)와 일체로 연결되어 있고 상기 소재(W)의 절삭 가공에 따른 소재의 길이 변화에 맞추어 이동할 수 있는 몸체(33)로 구성된다.

여기에서, 본 발명에 따른 나선형 형태의 여과재를 제조하기 위해서는 상기 소재로 합성수지 재료의 환봉(還俸)을 사용하는 것이 바람직하나, 소재(W)는 그 재료의 재질과 형태에 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 소재의 재질로 구리나 알루미늄 등의 비철금속을 사용할 수 있다. 그리고 소재(W)의 정면의 형상이 삼각형, 사각형, 오각형, 및 육각형을 포함하는 다각형으로 이루어지고 측면이 기다란 막대 형상의 것을 사용할 수도 있다. 이 소재(W)는 후술하는 척(13)에 일측이 클램핑되고 타측은 구멍(18, 18')을 통해 각각 삽입되어 복수개의 회전 안내 롤러(26)의 사이에서 척(13)의 회전에 따른 소재의 회전이 안내될 수 있게 되어 있다.

상기 척(13)은 도 1에서 보는 바와 같이 선반의 척과 동일한 형태의 것으로서 소재를 클램프(clamp)할 수 있게 되어 있고 모터(12)의 구동으로 모터(12)에서 발생된 회전력이 구동 벨트를 통해 풀리(pulley)(11, 11')로 전달되고 이 풀리(11, 11')의 회전으로 소재를 클램프한 상태로 회전할 수 있게 되어 있다. 도 1에서는 모터가 하나이고 풀리가 2개 설치된 것으로 도시되어 있으나 이는 본 발명의 일 실시예에 지나지 않는 것으로 필요에 따라 하나 이상의 모터와 하나 또는 둘 이상의 풀리를 사용하는 것도 가능하다. 설치되는 풀리의 개수가 많고 이 풀리와 함께 회전하는 척(12) 및 후술하는 바이트, 링크 몸체, 편심 캠, 구동 및 종동 풀리의 개수도 그에 상응한 개수만큼 설치될 수 있을 것이므로 본 발명의 나선형 형태의 여과재의 단위 시간당 생산 능력을 높일 수 있다.

상기 복수개의 회전 안내 롤러(26)는 소재(W)를 지지하면서 소재의 회전을 안내할 수 있는 것으로서 복수개를 설치할 수 있으나 3개를 설치하는 것이 바람직하며 이들 롤러 사이에 소재를 끼워 소재의 회전을 안내할 수 있다.

상기 구동 풀리(22)는 구동된 모터(20)로부터의 회전력을 전달받아 회전하고 이 회전력은 다시 구동 벨트(40)를 경유하여 종동 풀리(22')로 전달한다. 이 종동 풀리(22')는 지지재(21)에 연결되어 있고 상기 모터(20)는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 별도의 지지판(도면부호 미부여)과 지지 다리(도면부호 미부여)를 통해 지지판(27)의 하면에 연결되어 있다.

도 3을 참조하면, 상기 편심 캠(19)은 종동 풀리(22')의 중심(O)에 대해 그 일측의 중심(O')이 일정 간격 떨어진 상태로 편심되게 종동 풀리(22')에 연결되고, 상기 편심 캠(19)의 타측은 구멍을 가지며 이 구멍에 삽입되어 회전할 수 있는 회전 링크(23)를 통해 링크 몸체(29)와 연결되어 있어서, 도 3에서 보는 바와 같이 종동 풀리(22')가 회전할 때 편심 캠(19)의 일측은 종동 풀리(22')의 중심(O)을 기준으로 그 일측의 중심(O')이 일정 간격 떨어진 상태로 편심되게 회전하며, 편심 캠(19) 몸체가 일정 각도만큼 선회하게 되는데 이 선회 운동을 회전 링크(23)를 통해 흡수하여 후술하는 링크 몸체(29)를 왕복 운동시킨다.

상기 링크 몸체(29)는 앞서 설명한 바와 같이 편심 캠(19)에 의해 종동풀리(22')의 회전 운동이 변환되어 왕복 운동할 수 있으며, 그 일측에는 바이트(25)가 일체로 설치되어 왕복 운동하면서 회전하는 소재(W)의 정면을 절삭할 수 있게 되어 있다.

상기 지지 가이드(24)는 상부가 지지판(27)의 하면에 연결되어 있고 내부에서 링크 몸체(29)를 지지하며 링크 몸체(29)의 왕복 운동을 안내한다. 상기 지지판(27)은 도 2에 도시된 바와 같은 지지판(27) 상부의 2개의 슬라이딩용 돌출부(도면부호 미부여)를 통해 여과재 제조장치의 프레임 상면의 양측에 설치된 이동 슬라이더(28)와 슬라이딩 이동할 수 있다.

상기 바이트(25)는 링크 몸체(29)의 일측에 연결되어 왕복 운동하면서, 회전하는 상기 소재(W)를 절삭 가공할 수 있으며, 바이트(25)의 날이 원형인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 타원형, 반호형, 소정 각도의 원호형, 직선형 등 다양한 형태를 취할 수 있다.

상기 몸체(33)는 지지판(27)을 통해 상기 지지 가이드(24)와 일체로 연결되고 내부가 리드 스크류(14)와 스크류 결합되어 리드 스크류(14)를 따라 이동할 수 있게 되어 있는데, 좀 더 상세히 설명하면 모터(17)의 회전에 따른 구동 풀리(15), 구동 벨트(도면부호 미부여), 및 종동 풀리(16)의 회전과 리드 스크류(14)의 회전에 의해 몸체(33)가 이동하는 것이다. 본 발명에서는 상기 몸체(33)의 이동을 리드 스크류(14)를 따라 이동하는 것에 대해서만 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며 롤러를 이용한 롤링 방식, 슬라이딩 방식 등을 포함하여 몸체를 이동시킬 수 있는 것이라면 어떤 방식과 어떤 형태의 것을 사용하여도 무방하다.

이와 같이 몸체(33)가 이동하면 이 몸체(33)와 각각 서로 연결된 지지판(27), 지지대(21), 구동 및 종동 풀리(22, 22'), 편심 캠(19), 링크 몸체(29), 및 바이트(25)가 동시에 이동하게 된다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이 콘트롤 박스(30)가 본 발명의 나선형 여과재 제조장치의 일측에 설치되어 앞서 설명한 모터들(12, 17, 20) 각각의 회전 방향과 회전 속도를 별도로 제어할 수 있다. 모터(12) 및 모터(20)의 회전 속도는 생산성 측면에서 제한된 시간에 많은 량의 여과재를 생산할 수 있는 것이 경제적이므로 고속이어야 하며 구동 풀리와 종동 풀리의 직경이 각각 약 135mm와 약 60mm라 할 때 모터(12) 및 모터(20)의 회전 속도는 각각 약 1,750 rpm과 약 8,000 rpm인 것이 바람직하다. 바이트(25)가 왕복 운동하는 속도에 비해 척(13)의 회전속도가 빠를 경우, 즉 모터(20)의 회전 속도에 비해 모터(12)의 회전 속도가 빠른 경우에는 소재의 절삭 가공시 소재의 표면에 번갈아 형성되는 요철들의 홈과 홈 또는 골과 골 사이의 간격이 벌어지고 그 반대의 경우에는 간격이 좁아지므로 적절히 조절하여야 한다.

이상과 같이 이루어지는 본 발명에 따른 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 제조장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 나선형 형태의 여과재 제조장치의 전원을 온(ON)시키고 척(13)에 소재(W)가 장착되어 있는지의 여부를 확인한 다음 소재가 장착되어 있지않다면 필요한 소재를 척(13)과 구멍(18, 18') 및 복수개의 롤러(26)의 중앙의 틈 사이에 끼우고 나서 콘트롤 박스(30)를 조작하여 척(13)이 소재의 일측을 클램핑하게 한다. 이어서, 콘트롤 박스(30)로 모터(12, 17, 30)의 각각의 회전 방향과 회전 속도를 설정한 후 작동되게 하면 모터(20)의 회전으로 이 모터(20)의 구동 풀리(22)가 작동하여 회전하고 이는 다시 구동 벨트(40)를 통해 종동 풀리(22')로 전달되어 종동 풀리(22')가 회전하고 이어서 이 종동 풀리(22')에 편심되게 연결된 편심 캠(19) 이 편심 회전하여 지지 가이드(24)의 안에서 상하 이동이 규제되고 좌우의 왕복 운동만 할 수 있게 된 링크 몸체(29)로 전달되어 종동 풀리(22')의 회전 운동을 링크 몸체(29)의 왕복 운동으로 변환하게 된다. 따라서, 링크 몸체(29)가 왕복 운동하면 이 링크 몸체(29)의 일측에 연결된 원형의 바이트(25)가 왕복하면서 척(13)에 의해 클램핑되어 모터(12)의 구동으로 회전하는 소재(W)의 원형 정면부의 반경부와 접촉하여 소재를 절삭 가공하게 되는데 바이트(25)가 왕복 운동하므로 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재를 연속하여 제조할 수 있게 된다.

상기와 같은 작용에 의해 제조된 본 발명의 여과재는, 합성수지 또는 합성수지의 폐수지로 제조될 수 있어 반응조 내에서 회전할 때 또는 다른 여과재나 반응조와의 충돌시에도 마모가 잘 일어나지 않게 된다. 즉, 이러한 여과재 재료는 기계적 강도 등 내구성이 크고 장기간 사용할 수 있어 반영구적이며, 저렴하고 손쉽게 입수할 수 있어 비용면에서 경제적이다. 본 발명의 여과재는 크기에 특별한 제한이 없으며 필요에 따라 다양하게 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 여과재의 전체적인 형상은 나선형을 취하고 있으며 여과재를 구성하는 소재는 S자형으로 상호 연속적으로 구부려져 S자형 부분이 상부에서 하부로 좁아지는 상광하협의 부채꼴 모양으로 이루어지게 형성되고, 이렇게 형성된 S자형 부분을 다시 복수회 비틀어 감아서 나선형 형태를 취하도록 만들어지며, 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성되어 있고, 또한 상기 소재의 S자형 부분의 상단부가 일정 간격으로 번갈아 형성된 요철에 의해 일정 간격으로 반복하여 각이 져 있다.

따라서, 본 발명에 따른 여과재는 종래 여과재에 비해 표면적이 현저히 더 넓은 나선형 형태의 요소이며, 소재의 표면에 주름이 형성되어 있으나 주름으로 인한 소재 표면의 요철은 주름의 간격과 형태도 일정하지 못하고 또한 그 깊이도 깊지 않아 표면적이 좁은 형태의 종래 여과재에 비해 통상 10배 이상 표면적이 더 넓다. 이와 같이 표면적이 넓어지면 폐수와의 접촉 면적이 넓어질 뿐만 아니라 더 많은 미생물 부착 면적을 확보하여 여과재의 폐수 처리 효율을 높인다. 또한 본 발명의 여과재는 자체의 특수한 구조로 인해 물리적인 여과 기능도 탁월하고 여과재의 폐쇄 현상이 잘 일어나지 않는다.

상기 소재(W)의 표면에 형성되는 요철은 여과재 소재의 일면 또는 양면 모두에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 양면에 형성된다. 소재 표면의 양면에는 목적하는 박테리아 배양균의 생물막이 형성되게 된다. 여과재 소재의 표면적을 더 넓히기 위해서는 가능한 많은 요철을 형성시킬 수는 있지만 인접하는 요철의 면간의 공간이 지나치게 좁아짐으로 인한 폐쇄 현상이 일어나지 않도록 주의할 필요가 있다.

본 발명 여과재의 형상을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 전체적으로는 나선형으로 되어 있는데, 소재 상단부를 S자형이 상호 연속하도록 구부려 형성함과 동시에 이 구부려 형성된 S자형 소재를 상부로 넓어지는 부분이 외측을 향하고 하부로 좁아지는 부분이 내측을 향하도록 하여 복수회 비틀어 구부려서 전체의 형상이 나선상으로 형성되어 있다.

이렇게 형성된 나선형 구조는 일체로 형성된 상호 연속적인 복수개의 S자형 부분을 포함하고 있고 이들 S자형 부분은 연속적인 와인딩에 의해 나선 형태로 감겨 있다. 또한, 모터들(12, 17, 20) 각각의 속도 조절에 따라 각각의 S자형 부분은 동일하거나 상이한 크기일 수 있고 방사상으로 뻗어 있으며, 바깥쪽을 향하는 상부는 넓고 안쪽을 향하는 하부는 좁아지는 상광하협 형태이다. 이들 상광하협 부분은 중앙의 안쪽을 향하여 테이퍼져(tapered) 있다.

그리고, 나선형 형태의 본 발명의 여과재에는 상호 연속적인 S자형 부분이 나선형으로 꼬이면서 여과재의 전면에 걸쳐서 일측면에서 타측면으로 관통하는 다수의 다양한 크기의 틈새 및 구멍이 형성된다.

특히, 본 발명의 여과재는 나선형이라는 특수 구조에 의해 여과재 표면적이 종래 여과재에 비해 현저히 넓지만, 더 나아가서 여과재를 구성하는 합성수지 재질의 소재 표면에 요철이 번갈아 형성되어 있어 여과재 표면적이 한층 더 증가된다.

즉, 여과재의 표면적을 넓힘으로써 물리적인 여과뿐만 아니라 미생물 부착에 의한 생물막 형성 면적도 넓혀 미생물 층에 의한 생물학적 처리 능력을 향상시키도록 여과재 소재의 표면에 다수의 요철이 S자형 부분의 상측의 넓은 부분에서 하측의 좁은 부분에 걸쳐서 형성되어 있고, 이에 따라 오폐수의 오염물이 S자형 부분의 상측에서 하측으로 안내되며, 이들 요철에 의한 여과재 표면적의 증대는 폐수에 포함된 불순물의 물리적인 부착도 잘 일어나게 한다.

이렇게 여과재 소재의 양면 또는 일면에 형성된 요철은 미생물이 부착 성장하는 표면적을 대폭적으로 넓히는 한편, 미생물이 좀 더 용이하고 견고하게 부착되어 성장할 수 있도록 하는 환경을 제공하여 생물막의 탈리가 잘 일어나지 않으며, 폭기장치 등에 의한 산소 또는 공기의 공급시 발생하는 난류 및 여과재간의 충돌 또는 반응조와의 충돌, 생물막의 비대화 등에 의해 발생하는 생물막의 탈리 시에도 다시 생물막을 형성하는데 걸리는 시간을 단축시킨다.

또한, 본 발명의 여과재는 필요에 따라 다양한 색채를 취할 수 있다. 이러한 색채의 다양성은 사용 분야, 반응 조건, 사용자의 기호 등에 따라 적당히 조절될 수 있고, 예를 들면 어항, 수족관 등에 사용될 경우, 여러 색의 여과재를 혼용하여 미적 감각을 도모할 수 있으며, 여과재가 띠는 색채의 변화를 관찰함으로써 여과재의 사용 및 기능 상태, 교환시기 등을 육안으로 용이하게 모니터할 수 있어 관리가 구월해지는 이점이 있다.

본 발명의 여과재는 이동상 및 고정상 여과재 모두로서 기능할 수 있기 때문에 종래의 유동상 생물막 여과재에서 요구되는 밀도와 관련된 문제가 없고 그 크기에도 특별한 제한이 없으며 처리될 수질이나 반응조의 크기, 처리 조건 등의 요인에 따라 크기를 다양하게 선택할 수 있다.

이와 같은 구조를 취하고 있는 본 발명에 따른 여과재는 폐수처리장치의 반응조에 투입되어 사용될 때, 유동상으로 사용시, 반응조 바닥에 설치된 폭기장치로부터 폭기되는 공기에 의해 상기 여과재가 반응조 안의 물을 따라 순환 회전하면서 반응조의 상하로 고르게 순환 유동하여 반응조 내부의 물에 포함된 유기물의 제거를 효율적으로 수행한다. 그러나, 이에 국한되지 않고 본 발명의 여과재는 폭기조, 교반기 등이 없는 반응조에 투입되어 고정상으로도 폐수 처리에 사용될 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 여과재를 고정상 여과재로 이용할 경우, 폐수 유입구와 정화수 방출구가 구비된 반응조 안에 여과재를 일정량 충진하고 폐수를 반응조 안으로 유입하여 충진된 여과재에 통과시켜 처리한 다음 정화수를 배출구를 통해 방출하거나 후처리 또는 재순환시키면 된다.

폐수처리에 사용되는 본 발명의 여과재가 수질 정화를 수행하는 원리와 제공하는 이점에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 여과재는 전체 구조가 나선형이고, 이를 이루는 소재가 S자형 부분으로 형성된 다수의 와인딩 부분과 그 표면에 연속적으로 번갈아 형성된 다수의 요철이 형성되어 있는 구조로 인하여 폐수와의 물리적 접촉면 및 미생물에 의한 생물막 형성면을 제공하는 비표면적이 매우 크며, 소재의 인접 면간에 굵은 틈새로부터 미세한 틈새에 이르기까지 다양한 크기의 많은 틈새와 구멍이 존재하고 이러한 공간 사이로 폐수가 통과하면서 철저한 물리적 여과가 이루어지게 된다. 이렇게 걸러지는 폐수 중의 현탁 부유물 등의 여과물은 여과재의 특수 구조에 의해 여과재의 상층부 등 어느 특정 부위에 몰리는 현상이 일어나지 않는다. 처리될 폐수가 여과재 통과시에 와류 발생으로 인하여 부유물은 비중 차이에 의하여 분리되고, 여과재내부의 물 흐름이 막히는 곳에 체류하게 된다. 그리고, 여과재를 구성하는 소재의 인접 면 및 그 위에 형성된 요철의 깊이와 요철 면들간의 간격에 따라 와류가 발생하고 유속이 달라지므로 여과재를 통과하여 흐르는 물의 완급에 따라 혐기성 및 호기성 미생물이 서식 특성에 따라 효과적으로 적소에 부착하여 생물막을 효과적으로 형성함으로써 생물학적 분해를 원활히 수행하게 된다.

따라서, 본 발명의 여과재는 물리적인 여과 기능이 탁월할 뿐만 아니라, 제거되어야 할 물질의 생물학적 분해를 토대로 한 모든 폐수처리 기술에도 사용될 수 있으며, 예를 들면 호기성 반응을 통한 폐수 내 유기 물질의 제거, 혐기성 반응을 통한 농축 유기 하수 내 유기 물질의 제거 및 호기성 반응을 통한 아질산염 및 질산염에 의한 암모늄의 제거(질화), 혐기성 반응을 통한 아질산염 및 질산염의 질소 가스로의 환원에 의한 질소의 제거, 호기성/혐기성 반응을 통한 인의 제거 등 사용 분야는 매우 광범위하다.

본 발명에 따른 여과재는 단위 체적당 폐수처리 효율이 높기 때문에, 폐수처리 시설, 반응조의 소형화를 도모할 수 있고 따라서 설치비 및 설치 면적이 감소되며 유량 및 부하 변동에 대한 능동적 대처능이 뛰어나다.

본 발명에 따른 여과재는 통상적인 고정상 공법이나 모래, 자갈 등을 이용한 공법 등의 기존의 폐수처리 공법에 비해 반응조로부터 제거하기가 훨씬 수월하여, 반응조 컨테이너와 폭기 시스템 모두의 클리닝, 검사 및 유지관리를 단순화한다.

또한, 본 발명의 여과재는 나선형 형태의 물리적인 특수 구조로 인하여 여과재의 폐쇄 현상을 더욱 감소시킬 수 있고 이러한 구조와 표면에 형성된 다수의 요철에 의해 난류가 발생하여 수중의 기포수가 용존화됨에 따라 용존 산소(DO) 값이 높아지고 아울러 호기성 박테리아의 정착을 위한 호적한 환경이 제공된다.

아울러, 본 발명의 여과재에서는 종래 기술의 여과재에 비해 요철이 다수 존재하여 미생물이 신속하고 견고하게 부착 성장될 수 있어서 생물막 층의 비대화, 유동시 마찰저항 및 유체의 전단응력으로 인한 생물막의 탈리 현상이 적을 뿐만 아니라 생물막의 탈리 후에도 기존의 잔류 미생물 층이 존재하여 미생물 층의 부착 시간이 현저히 단축될 수 있어 폐수처리에 있어 종래기술에 비해 시간과 비용면에서 한층 더 효율적이고 경제적이다.

따라서, 본 발명의 여과재를 폐수처리 장치에 사용하면, 최소의 공간 및 최소의 비용으로 반영구적이면서도 운전 관리를 용이하게 할 수 있고, BOD, COD 뿐만 아니라 폐수 중의 질소 농도, 인 농도 및 부유물의 농도를 현저히 감소시켜서 고품질의 청정수를 얻을 수 있다.

덧붙이면, 예컨대 앞서 설명한 여과재 제조장치를 사용하여 구리나 알루미늄 등을 포함하는 비철금속으로 이루어지는 소재(W)를 절삭하여 본 발명의 나선형 형태의 여과재를 제조하면, 대기 중에 포함되어 비산하는 먼지나 공해를 유발하는 아황산 가스 등을 흡착하여 여과하도록 하는 데도 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기한 바와 같은 구성에 따르면 본 발명은 종래 여과재에 비해 더 큰 전체 표면적을 가질 뿐만 아니라 폐수에 포함된 미생물의 부착이 용이하고 견고하며 형성된 생물막의 탈리가 잘 일어나지 않고 장기간 유지되도록 하며, 폐수 중의 유기성 오염물질을 분해시키는 접촉 산화공법에 사용할 뿐만 아니라 대기 중의 비산 먼지나 오염 가스를 여과하는데도 사용할 수 있는 여과재 및 이를 위한 제조 방법과 제조 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 소재(W)의 일측을 클램핑하고 소재(W)의 타측을 소재의 회전 시 그 회전이 안내되도록 지지하여 상기 소재(W)를 회전시키는 단계와;

   모터(20)로부터의 회전력을 받아 구동 풀리(22)가 회전하고 구동 벨트(40)를 통해 상기 구동 풀리(22)의 회전력을 전달받아 종동 풀리(22')가 회전하는 단계와;

   편심 캠(19)에 의해 종동 풀리(22')의 회전 운동이 링크 몸체(29)의 왕복 운동으로 변환되는 단계와;

   상기 소재(w)의 회전과 링크 몸체(29)의 일측에 연결된 바이트(25)의 왕복 운동에 의해 회전하는 상기 소재(W)를 절삭 가공하는 단계와;

   절삭 가공에 따른 소재의 길이 변화에 맞추어 상기 바이트(25)의 이동을 제어하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 바이트(25)의 이동 제어는 모터(17)의 회전에 따른 구동 풀리(15), 구동 벨트, 및 종동 풀리(16)의 회전과 리드 스크류(14)의 회전에 의해 몸체(33)가 이동하고 이 몸체(33)와 연결된 지지판(27), 지지대(21), 구동 및 종동 풀리(22, 21), 편심 캠(19), 링크 몸체(29), 및 바이트(25)의 동시 이동에 의해 이루어지는것을 특징으로 하는 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 제조방법.
3. 소재(W)의 일측을 클램핑하고 모터(12)로부터 회전력을 전달받아 회전할 수 있는 척(13)과;

   상기 회전하는 척(26)에 의해 클램핑된 소재(W)의 타측을 끼워 소재의 회전을 안내할 수 있는 복수개의 회전 안내 롤러(26)와;

   모터(20)로부터의 회전력을 받아 회전할 수 있는 구동 풀리(22)와;

   구동 벨트(40)를 통해 상기 구동 풀리(22)의 회전력을 전달받아 회전할 수 있는 종동 풀리(22')와;

   상기 종동 풀리(22')의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환할 수 있는 편심 캠(19)과;

   상기 편심 캠(19)에 의해 종동 풀리(22')의 회전 운동이 변환되어 왕복 운동할 수 있는 링크 몸체(29)와;

   상기 링크 몸체(29)를 지지하며 그 왕복 운동을 안내할 수 있는 지지 가이드(24)와;

   상기 링크 몸체(29)의 일측에 연결되어 왕복 운동함으로써 회전하는 상기 소재(W)를 절삭 가공할 수 있는 바이트(25)와;

   지지판(27)을 통해 상기 지지 가이드(24)와 일체로 연결되어 있고 상기 소재(W)의 절삭 가공에 따른 소재의 길이 변화에 맞추어 이동할 수 있는 몸체(33)를 포함하고;

   상기 척(13)의 회전에 따른 소재의 회전과 바이트(25)의 왕복에 의해 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재를 제조할 수 있는 것을 특징으로 하는 나선형 형태의 여과재 제조장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 편심 캠(19)의 일측은 종동 풀리(22')의 중심(O)에 대해 그 일측의 중심(O')이 일정 간격 떨어진 상태로 편심되게 종동 풀리(22')에 연결되고, 상기 편심 캠(19)의 타측은 회전 링크(23)를 통해 링크 몸체(29)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 제조장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 바이트(25)의 날은 원형이며 소재의 절삭 시 소재(W)의 원형 정면의 반경부에 위치하는 것을 특징으로 하는 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 제조장치.
6. 제3항에 있어서,

   상기 몸체(33)의 이동은 모터(17)의 회전에 의해 구동 풀리(15), 구동 벨트, 및 종동 풀리(16)의 회전을 거쳐 리드 스크류(14)가 회전함으로써 이루어지는 것을특징으로 하는 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 제조장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 소재의 정면의 형상이 원형 또는 다각형으로 이루어지고 측면이 기다란 막대 형상의 것임을 특징으로 하는 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 제조장치.
8. 제3항에 있어서, 상기 소재(W)의 재료는 합성수지 또는 비철금속인 것을 특징으로 하는 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 나선형 형태의 여과재 제조장치.
9. 제1항의 방법에 따라 제조되어, 상기 소재를 S자형으로 상호 연속적으로 구부려 S자형 부분이 상부에서 하부로 좁아지는 상광하협의 부채꼴 모양으로 이루어지게 형성되고, 이렇게 형성된 S자형 부분을 다시 복수회 비틀어 감아서 나선형 형태를 취하도록 만들어지며, 소재의 표면을 따라 요철이 부채의 살 모양으로 일정 간격으로 번갈아 형성된 것을 포함하는 나선형 형태의 여과재.
10. 제9항에 있어서, 상기 소재의 S자형 부분의 상단부가 일정 간격으로 번갈아 형성된 요철에 의해 일정 간격으로 반복하여 각이 져 있는 것을 특징으로 하는 나선형 형태의 여과재.
11. 제9항에 있어서, 상기 소재의 정면의 형상이 원형 또는 다각형으로 이루어지고 측면이 기다란 막대 형상의 것임을 특징으로 하는 나선형 형태의 여과재.
12. 제9항에 있어서, 상기 소재(W)의 재료는 합성수지 또는 비철금속인 것을 특징으로 하는 나선형 형태의 여과재.