KR20110073223A - 섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치 및 역세척 기능을 갖는 여과 필터 - Google Patents

섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치 및 역세척 기능을 갖는 여과 필터 Download PDF

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Abstract

여과 공정을 연속적으로 진행할 수 있는 섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치에 사용될 수 있는 여과필터에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 여과 필터는 다공성관, 상기 다공성관의 상단부에 착탈 가능하게 고정되는 섬유사 고정수단 및 상기 섬유사 고정 수단에 일단부가 고정되고 타단부가 상기 다공성관의 하단까지 늘어지도록 위치하는 다수의 섬유사로 이루어지는 섬유사 다발을 포함하되, 상기 다공성관의 외부에서 내부로 유체가 유입되는 여과 공정시에는 상기 다수의 섬유사 타단부가 다공성관의 외벽면에 밀착되고, 상기 다공성관의 내부에서 외부로 유체가 유출되는 역세척 공정시에는 상기 다수의 섬유사 타단부가 상기 다공성관의 외벽면으로부터 이격되는 것을 특징으로 한다.

Description

섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치 및 역세척 기능을 갖는 여과 필터{APPARATUS FOR CONTINUOUS INFLOW FILTERING USING THE FIBER AND FILTRATION FILTER WITH BACK WASHING FUNCTION}
본 발명은 섬유사를 이용한 여과 장치에 관한 것으로서, 특히 여과 공정을 연속적으로 진행할 수 있는 섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치 및 역세척 기능을 갖는 여과 필터에 관한 것이다.
일반 가정 또는 산업 현장에서 발생되는 폐수에는 미세한 부유 물질을 포함하는 각종 슬러지가 포함되어 있어, 1차로 여과처리한 후에 재활용하거나 방류하게 된다. 이렇게 1차로 여과처리된 처리수에는 여과과정에서 미처리되어진 잔여 부유물이 잔존하기 때문에 추가적인 여과 공정을 통해 여과된 후에 배출된다.
1차 여과 처리된 처리수 내의 잔여 부유물을 제거하는 여과장치의 운전은 여과공정과 세척공정으로 나뉜다. 여과공정이란 부유물을 함유한 원수 또는 1차 여과 처리된 처리수를 여과장치에 유입시켜 부유물이 제거된 청정수를 배출시키는 공정으로서, 부유물을 여과층 내의 공극에 침전, 흡착, 응집 등을 통해 포획하고, 부유물이 제거된 청정수만을 배출시키는 것이다.
이러한 여과공정이 계속되면 여과층 내의 공극은 점점 부유물질로 채워지고 여과 저항이 증가하여 더이상 여과공정을 계속할 수 없는 상태에 이르게 된다. 이때 세척수와 공기 등을 주입하여 공극에 포획된 부유물질을 배제시 키기 위한 세척공정이 필요하다. 따라서 여과장치의 성능은 부유물질의 제거효율, 여과속도, 여과지속시간, 세척수 사용량, 세척빈도 및 세척시간 등에 의하여 결정된다.
한편, 여과층에 충전하는 여재는 모래, 안스라사이트, 무연탄 등과 같은 무기 입상의 재질이 주로 사용되어왔다. 이러한 여재는 쉽게 구할 수 있다는 장점과 이들에 의하여 형성되는 공극의 크기보다 작은 입자도 제거할 수 있다는 특징이 있으나, 이러한 여재로 형성된 여과층은 부유물질을 포획할 수 있는 공간이 표층부근에 한정되어 있기 때문에 공극의 폐색으로 인한 여과저항의 급속한 증가를 초래하여, 세척을 자주 해주어야 하는 문제점이 있었다.
부유물이 여과층의 표면 부근에서 주로 포획되어 세척을 자주해야 하는 단점을 해소하고, 여과장치의 성능을 보다 향상시키기 위하여 섬유사를 여재로 사용하는 여과장치가 제안된바 있다.
섬유사를 이용한 여과 장치는 피스톤으로 섬유사를 가압하여 섬유사의 밀도를 높인 후 피처리수가 섬유사를 통과하는 과정에서 액체 성분은 섬유사의 공극을 통해 빠져나가 여과되도록 하고, 일정 크기 이상의 부유물은 섬유사에 포획되도록 한다.
이러한, 섬유사를 이용한 여과 과정에서는 섬유사의 공극에 부유물이 누적되어 막히면 액체가 잘 통과하지 못하게 된다. 이에, 섬유사를 가압하는 피스톤을 반대 방향으로 이동시켜 섬유사의 밀도를 낮게 한 후에, 피처리수의 흐름과 반대 방향으로 역세수가 흐르게 하는 이른바 역세공정을 통하여 누적된 부유물이 제거되도록 세척한다. 그리고, 역세 공정이 완료되면 다시 원래의 여과 공정을 진행한다.
그런데, 이러한 여과 방식에서는 세척조 내에 섬유사를 가압하기 위한 실린더 및 실린더 구동을 위한 동력 수단을 별도로 구비해야 하므로, 구조의 복잡 및 동력 소모의 단점이 있다.
한편, 섬유사를 이용한 여과 장치로서 다공성 통체의 외주면을 감싸도록 다수의 섬유사를 설치한 방식이 이용되고 있다. 이 방식은 다공성 통체의 일측에 연결된 실린더 로드의 회전력을 이용하여 다공성 통체를 일측으로 회전시킴으로써, 섬유사를 꼬아 섬유사의 밀도를 높인 후에 여과 공정을 수행한다. 그리고, 섬유사에 부유물이 누적되면 다공성 통체를 타측으로 회전시켜 섬유사의 꼬임을 풀어 역세수를 흘려 역세 공정을 수행한다.
그런데, 이러한 다공성 통체 회전 방식은 섬유사의 꼬임과 풀림 반복에 따라 섬유사가 손상되는 문제가 있으며, 다공성 통체를 회전하기 위한 실린더 로드 및 실린더 로드를 구동시키기 위한 별도의 동력 장치를 필요로 하는 단점이 있다.
뿐만 아니라, 종래의 방식에서는 역세 공정을 위해서 배출된 여과수 배출관을 통해 여과 처리조에 다시 공급하여 역세 공정을 수행해야 하므로, 역세 공정 중에는 원수에 대한 여과 공정을 중지해야 하므로 여과 처리 효율이 떨어지는 단점이 있다.
배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 여과 처리조에 다수의 출입구를 형성하고, 각 출입구로의 원수 유입과 여과수 배출이 교호로 이루어지도록 원수의 유입 방향과 여과수 배출 방향을 선택적으로 제어함으로써, 역세 공정을 위해 여과 공정을 중지하지 않고, 여과 공정과 부유물 탈리 공정을 동시에 수행할 수 있도록 하는 섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치 및 역세척 기능을 갖는 여과 필터를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 여과 필터를 다단식으로 다수열로 배열함으로써 여과 처리량을 증가시킬 수 있도록 하는 섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치를 제공함에 있다.
배경기술의 문제점을 개선하기 위한 본 발명의 일양상에 따른 역세척 기능을 갖는 여과 필터는, 다공성관과, 다공성관의 상단부에 착탈 가능하게 고정되는 섬유사 고정수단, 및 섬유사 고정 수단에 일단부가 고정되고 타단부가 다공성관의 하단까지 늘어지도록 위치하는 다수의 섬유사로 이루어지는 섬유사 다발을 포함하되, 다공성관의 외부에서 내부로 유체가 유입되는 여과 공정시에는 다수의 섬유사 타단부가 다공성관의 외벽면에 밀착되고, 다공성관의 내부에서 외부로 유체가 유출되는 역세척 공정시에는 다수의 섬유사 타단부가 다공성관의 외벽면으로부터 이격된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 역세 공정을 위해 원수에 대한 여과 공정을 중지하지 않고도, 여과 공정과 섬유사에 부착된 부유물을 제거하는 탈리 공정을 동시에 수행함으로써, 여과 공정을 연속적으로 수행하여 여과 처리 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치 구성도이다.
도 2는 도 1의 제 1 및 제 2 여과 필터를 구체적으로 도시한 분해도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치의 작용 설명도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 여과 처리조 11 : 처리실
12 : 제 1 출입구 13 : 제 2 출입구
14 : 부유물 배출구 15 : 비산 방지판
16 : 부유물 배출 제어 밸브 17 : 공기 배출구
18 : 공기 배출 제어 밸브 20 : 제 1 여과 필터
21 : 제 1 다공성관 22 : 섬유사 다발
23 : 섬유사 다발 고정 수단 30 : 제 2 여과 필터
40 : 유로 전환 수단 41 : 제 1 유로관
42 : 제 1 삼방밸브 43 : 제 2 유로관
44 : 제 2 삼방밸브
도 1은 본 발명에 따른 섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치 구성도이며, 도 2는 도 1의 제 1 및 제 2 여과 필터를 구체적으로 도시한 분해도로서, 유입되는 원수의 부유물을 제거하고 부유물과 부유물이 제거된 여과수를 각각 외부로 배출하는 역할을 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일양상에 따른 섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치는, 여과 처리조(10)와, 제 1 여과 필터(20)와, 제 2 여과 필터(30), 및 유로 전환 수단(40)을 포함한다.
여과 처리조(10)는 여과 공정 및 탈리 공정이 이루어지는 처리실(11)을 갖는 것으로서, 처리실(11)의 상부에는 제 1 출입구(12)와 제 2 출입구(13)가 형성되고, 그 하단에는 부유물 배출구(14)가 형성된다. 여기서, 제 1 출입구(12)와 제 2 출입구(13)는 각각 하나 또는 다수의 개구부를 가질 수 있다.
처리실(11)은 부유물 배출구(14) 측으로 부유물이 잘 쌓일 수 있도록 일정 높이로부터 하단으로 갈수록 직경이 감소하는 원뿔 형상인 것이 바람직하다. 이러한 원뿔 형상으로 인하여, 분리된 부유물이 중력 작용에 의해 하강하여 처리실(11)의 하단 측면을 따라 부유물 배출구(14) 측에 쌓이게 된다. 이때, 하강하는 부유물은 처리실 내부의 원수 또는 여과수의 흐름에 따라 상측으로 부상하려는 성질을 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 일양상에서는 부유물 배출구(14)의 상단부 중앙에는 비산 방지판(15)을 더 설치하여, 부유물이 처리실 상측으로 재비산하는 것을 방지한다. 또한, 부유물 배출구(14)에는 여과 공정에서 발생한 부유물의 배출을 제어하는 부유물 배출 제어 밸브(16)가 구비된다.
또한, 처리실(11)의 상단에는 처리실(11) 내부에 발생하는 공기를 외부로 배출하는 공기 배출구(17)가 형성되며, 공기 배출구(17)의 외측에는 공기 배출을 단속하는 공기 배출 제어 밸브(18)가 구비된다.
제 1 여과 필터(20)는 제 1 다공성관(21)과 섬유사 다발(22) 및 섬유사 다발 고정 수단(23)을 포함하고, 제 2 여과 필터(30)는 제 2 다공성관(31)과 섬유사 다발(22) 및 섬유사 다발 고정 수단(23)을 포함한다. 이때, 많은 양의 유량을 처리하기 위하여 처리실(11) 상측의 제 1 출입구(12)와 제 2 출입구(13)를 다수로 형성하고, 각 출입구(12,13)에 제 1 여과 필터(20)와 제 2 여과 필터(30)를 각각 설치하는 다수 배열식을 이용함으로써, 많은 양의 유량을 처리하여 여과 효율을 높일 수 있다.
제 1 다공성관(21)은 제 1 출입구(12)와 연통되도록 여과 처리조(10)의 내부 즉 처리실(11)에 설치되고, 제 2 다공성관(31)은 제 2 출입구(13)와 연통되도록 여과 처리실(11)에 설치된다. 여기서, 제 1 다공성관(21)과 제 2 다공성관(31)은 다수의 통공(211)이 규칙적으로 배열되어 있으며, 합성수지 또는 스테인레스스틸로 이루어질 수 있다.
섬유사 다발(22)은 제 1 다공성관(21)과 제 2 다공성관(31)의 외벽면을 감싸도록 설치되는 것으로서, 다수의 섬유사로 이루어질 수 있다. 이때, 섬유사는 친수성 소재인 PVA(Polyvinyl Alcohol) 합성고분자가 방사되어 제작된 것을 이용할 수 있다. 예를 들어, 1-5 데니어(Denier) 두께의 모노사(Mono Filament Yarn)를 여러 가닥으로 합사한 토우(Tow)를 50%이상 함유하며, 나이론/폴리에스테르/폴리아미드/아크릴 중 어느 하나를 방사한 1-5 데니어(Denier) 두께의 모노사(Mono Filament Yarn)를 50% 이내로 혼합 한 합성 섬유가 이용될 수 있다.
여기서, 섬유사 다발(22)은 제 1 다공성관(21)과 제 2 다공성관(31)에 1단 또는 처리 유량이 많을 경우 2단 이상의 수직 다단 구조로 설치됨으로써, 처리 유량을 증가시킬 수 있다.
섬유사 다발 고정 수단(23)은 제 1 다공성관(21)과 제 2 다공성관(31) 각각의 상측 둘레에 착탈 가능하게 고정되는 것으로서, 섬유사 다발(22)의 일단부를 제 1 다공성관(21)과 제 2 다공성관(31)의 상측 둘레에 고정시키는 역할을 한다. 이때, 섬유사 다발 고정 수단(23)은 도 2에 도시된 바와 같이 섬유사 다발(22)의 일단부가 삽입되도록 삽입홀(231a)이 형성된 받침 부재(231)와, 받침부재(231)의 삽입홀(231a)에 삽입되어 섬유사 다발(22)을 고정하는 고정링(232), 및 받침부재(231)의 상측에서 섬유사 다발(22)의 일단부를 받침부재(232)에 고정 결합시키는 커버부재(233)를 포함한다.
이와 같이, 섬유사 다발 고정 수단(23)에 섬유사 다발(22)의 일단부가 각 다공성관(21,31)의 상측에 조립됨에 따라, 여과수가 배출될 경우에는 섬유사 다발(22)이 각 다공성관(21,31)의 둘레에 밀착되고, 원수가 유입될 경우 섬유사 다발(22)의 타단부는 제 1 다공성관(21)과 제 2 다공성관(31)의 외벽면으로부터 이격된다.
한편, 유로 전환 수단(40)은 제 1 출입구(12)와 제 2 출입구(13)의 전단에 설치되어, 제 1 출입구(12)와 제 2 출입구(13)의 원수 유입 및 여과수 배출이 교호로 이루어지도록, 원수 유입 방향과 여과수 배출 방향을 선택적으로 전환한다.
유로 전환 수단(40)은 제 1 유로관(41), 제 1 삼방밸브(42), 제 2 유로관(43), 및 제 2 삼방밸브(44)를 포함한다. 제 1 유로관(41)은 제 1 출입구(12)와 연결되는 제 1 원수 유입부(411)와 제 1 여과수 배출부(412)를 갖는다. 제 1 삼방밸브(42)는 제 1 원수 유입부(411)와 제 1 여과수 배출부(412) 사이에 구비되어 제 1 출입구(12)로의 원수 유입 또는 여과수 배출이 교호로 이루어지도록 제어한다. 제 2 유로관(43)은 제 2 출입구(13)와 연결되는 제 2 원수 유입부(431)와 제 2 여과수 배출부(432)를 갖는다. 제 2 삼방밸브(44)는 제 2 원수 유입부(431)와 제 2 여과수 배출부(432) 사이에 구비되어 제 2 출입구(13)로의 원수 유입 또는 여과수 배출이 교호로 이루어지도록 제어한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 섬유사를 이용한 연속 유입식 여과 장치의 작용을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 여과 처리조(10)에는 제 1 원수 유입부(411)와 제 2 원수 유입부(431)로의 원수 공급을 위한 원수 저장조(50)가 연결 설치되고, 제 1 여과수 배출부(412)와 제 2 여과수 배출부(432)로부터 배출된 여과수가 저장되는 여과수조(60)가 설치되어 있다.
우선, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 여과 필터(20)에 의해 여과 공정이 이루어지도록 하고, 제 2 여과 필터(30)에 의해 탈리 공정이 이루어지도록 한다.
구체적으로는, 제 1 출입구(12)가 제 1 여과수 배출부(412)와 연통되고, 제 2 출입구(13)가 제 2 원수 유입부(431)와 연통되도록, 제 1 삼방밸브(42)와 제 2 삼방밸브(44)의 방향을 제어한다.
이에 따라, 제 2 여과 필터(30)에서는 탈리 공정이 이루어진다. 즉, 제 2 출입구(13)를 통해 유입된 원수는 제 2 다공성관(31)의 내부로 유입된다. 그리고, 제 2 다공성관(31)으로 유입된 원수는 제 2 다공성관(31) 둘레에 형성된 통공을 통해 처리실(11)의 내부로 배출된다. 이에 따라, 제 2 다공성관(31)의 외측을 감싸는 섬유사 다발(22)의 타단부가 제 2 다공성관(31)의 외벽면으로부어 이격된다. 이 과정에서 섬유사 다발(22)에 부착된 부유물이 탈리되어, 중력에 의해 하강함으로써 부유물 배출구(14) 측으로 쌓인다.
반대로, 제 1 여과 필터(20)에서는 여과 공정이 이루어진다. 즉, 제 2 다공성관(31)에서 배출된 원수가 제 1 다공성관(21) 측으로 유입되며, 원수의 유입에 의해 제 1 다공성관(21)의 외벽면에 섬유사 다발(22)이 밀착됨으로써, 섬유사들 사이가 조밀해진다. 이와 같이 섬유사들 사이가 조밀해 짐에 따라 부유물이 섬유사 다발(22)에 포획되고, 부유물이 제거된 여과수는 제 1 다공성관(21) 내부로 유입된다. 그리고, 제 1 다공성관(21) 내부에 유입된 여과수는 제 1 여과수 배출부(412)를 통해 여과수조(60)로 배출된다.
이러한, 제 1 여과 필터(20)에 의한 여과 공정과 제 2 여과 필터(30)에 의한 탈리 공정이 일정 시간 진행되면, 제 1 여과 필터(20)에 많은 양의 부유물이 누적되어 여과 효율이 저하된다.
따라서, 일정 시간이 지나면 제 1 여과 필터(20)에 의해 탈리 공정이 이루어지도록 하고, 제 2 여과 필터(30)에 의해 여과 공정이 이루어지도록 한다.
구체적으로는, 제 1 출입구(12)가 제 1 원수 유입부(411)와 연통되고, 제 2 출입구(13)가 제 2 여과수 배출부(432)와 연통되도록, 제 1 삼방밸브(42)와 제 2 삼방밸브(44)의 방향을 제어한다.
이에 따라, 제 1 여과 필터(20)에서는 탈리 공정이 이루어진다. 즉, 제 1 출입구(12)를 통해 유입된 원수는 제 1 다공성관(21)의 내부로 유입된다. 그리고, 제 1 다공성관(21)으로 유입된 원수는 제 1 다공성관(21) 둘레에 형성된 통공을 통해 처리실(11)의 내부로 배출된다. 이에 따라, 제 1 다공성관(21)의 외측을 감싸는 섬유사 다발(22)의 타단부가 제 1 다공성관(21)의 외벽면으로부어 이격된다. 이 과정에서 섬유사 다발(22)에 부착된 부유물이 탈리되어, 중력에 의해 하강함으로써 부유물 배출구(14) 측으로 쌓인다.
반대로, 제 2 여과 필터(30) 측에서는 여과 공정이 이루어진다. 즉, 제 1 다공성관(21)에서 배출된 원수가 제 2 다공성관(31) 측으로 유입되며, 원수의 유입에 의해 제 2 다공성관(31)의 외벽면에 섬유사 다발(22)이 밀착됨으로써, 섬유사들 사이가 조밀해진다. 이와 같이 섬유사들 사이가 조밀해 짐에 따라 부유물이 섬유사 다발(22)에 포획되고, 부유물이 제거된 여과수는 제 2 다공성관(31) 내부로 유입된다. 그리고, 제 2 다공성관(31) 내부에 유입된 여과수는 제 2 여과수 배출부(432)를 통해 여과수조(60)로 배출된다.
이러한 제 1 여과 필터(20)와 제 2 여과 필터(30)에서의 여과와 탈리 공정을 교호로 진행하면, 부유물 배출구(14) 측에 많은 양의 부유물이 쌓이게 된다. 이에, 부유물 배출 제어 밸브(16)를 제어하여 부유물 배출구(14)를 적절하게 개방함으로써, 쌓인 부유물을 부유물 농축조(70)로 배출한다.
또한, 여과 처리실(11) 내부에 공기가 찬 상태이면 여과 또는 부유물 탈리 효율이 저하되므로, 공기 배출 제어 밸브(18)를 개방하여 여과 처리실(11) 내부의 공기를 외부로 배출시킨다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (1)

  1. 유입되는 원수를 여과시켜 부유물과 여과수를 분리배출하는 여과 필터에 있어서,
    다공성관;
    상기 다공성관의 상단부에 착탈 가능하게 고정되는 섬유사 고정수단; 및
    상기 섬유사 고정 수단에 일단부가 고정되고 타단부가 상기 다공성관의 하단까지 늘어지도록 위치하는 다수의 섬유사로 이루어지는 섬유사 다발을 포함하되,
    상기 다공성관의 외부에서 내부로 유체가 유입되는 여과 공정시에는 상기 다수의 섬유사 타단부가 다공성관의 외벽면에 밀착되고, 상기 다공성관의 내부에서 외부로 유체가 유출되는 역세척 공정시에는 상기 다수의 섬유사 타단부가 상기 다공성관의 외벽면으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 역세척 기능을 갖는 여과 필터.
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KR101398791B1 (ko) * 2012-04-10 2014-05-27 박장민 다수개의 다공패널이 설치된 수처리 여과장치

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