KR20120128070A - 역세척수 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치 - Google Patents

역세척수 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 집수거와 여과지의 집수실 사이에 Z자형 공기공급용 곡관(또는 판형 구조물)을 설치하여 여과지 하부의 집수실 높이에 무관하게 집수거 내부의 세척수 수면위치를 조절할 수 있도록 함으로써 균등 역세척을 위해 필요한 세척수 이송 공간을 확보할 수 있는 정수용 여과장치에 관한 것이다.
본 발명은 집수실과 정수거를 구획하며, 집수실의 상단부와 정수거를 연통시키는 세척공기 오리피스와, 집수실의 하단부와 정수거를 연통시키는 세척수 오리피스가 형성되어 있는 집수거 경계벽; 및 상기 집수거 경계벽의 세척공기 오리피스에 일단이 연결되고, 타단부는 정수거 내부에 수평방향으로 위치하되 세척수 수위가 세척공기 오리피스 상부에 위치되도록 배열되며, 역세척수와 공기가 각각 집수실로 공급되도록 하는 물/공기 구획 부재를 포함한다. 본 발명은 집수거의 세척수 이송 공간 확보를 위해 여과지 바닥고보다 집수거 바닥고를 낮게 만드는 하방돌출형 집수거 또는 여과지 바닥고와 집수거 바닥고가 같은 평저형 집수거에 독립된 공기공급 배관 계통을 설치하는 종래의 여과장치에 비해 평저형 집수거에 수면을 조절하면서 공기를 공급하는 소구경의 공기공급관을 설치하여 균등 역세척을 달성하므로 공사가 쉽고, 공사비가 싸며, 공사기간을 단축할 수 있는 효과를 구현한다.

Description

역세척수 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치{A filtering system equipped with multi functional pipe system for back wash air supply and backwash water level control in gullet}
본 발명은 물과 공기를 병용하여 역세척을 하는 정수용 여과장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정수거 내부 수위를 집수실 높이에 무관하게 조절 가능하고 역세척 공기와 세척수의 균등 공급을 통하여 역세초기에 여재층이 교란되는 것을 방지하고 여과지 전면에 걸쳐 균등역세척이 가능하게 함으로써 역세효율 및 정수의 생산효율을 향상시킬 수 있는 역세척수 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치에 관한 것이다.
일반적으로, 정수장은 부유물질 등의 오염물질이 포함된 원수를 여러 단계의 정수공정을 통해 정화시킨 후 각 가정에 공급하는 시설이다. 정수처리공정은 원수(오폐수)를 정수장에 유입시키는 착수정과, 원수에 수처리 약품을 투입하고 강하게 교반하여 부유물질의 정전기적 전하 상태를 중화시키고 미세 플록을 형성시키는 혼화공정과, 완만한 교반을 통해 미세플록을 응집된 거대 플록으로 성장시키는 응집공정과, 상기 거대 플록을 중력에 의해 자연 침강시키는 침전공정과, 상기 침전공정에서 제거되지 못한 플록을 최종적으로 제거하는 여과공정과, 부유물질이 제거된 여과수에 소독약품을 투입하는 소독공정으로 이루어진다.
상기한 일련의 정수처리공정에서 여과공정은 오염물질을 제거하는 마지막 단계의 공정 시설로서, 여과지 기능에 문제가 발생할 경우 오염물질이 정수 중에 누출되어 정수의 품질을 저하시키므로 지속적인 기능 개선방안이 강구되고 있다.
특히, 여과지는 모래 등으로 구성된 여재층에 원수를 통과시켜 부유성 오염물질을 거르는 공정이므로 여과를 지속하면 오염물질이 여재층에 축적되며, 축적량이 많아져서 한계를 넘으면 여과수와 함께 오염물질이 누출되므로 여과기능을 유지하기 위해서 주기적으로 중력방향과 반대로 물과 공기를 주입하여 여재층에 걸린 오염물질을 제거하는 역세척 공정을 수행하여야 한다. 이때, 여과지 전면에 걸쳐서 균등하고 완전한 역세척이 되지 못하면 역세척을 하더라도 여재층에 잔류한 오염물이 여과중에 누출되므로 위생적으로 안전한 물을 생산할 수 없게 된다.
여과지의 효과적인 역세척을 위한 방법으로 물?공기 병용 역세척 방법이 제안되어 있다.
여과공정의 물 흐름은 '여재층 → 집수장치 → 집수실 → 오리피스 → 집수거' 방향인 반면, 역세척 공정은 '집수거 → 오리피스 → 집수실→ 집수장치 → 여재층'방향으로 물과 공기를 일시에 다량으로 주입하여 모래층을 팽창시키고, 세척하여 침적이물질을 배출하는 것이다. 역세척 공정의 순서는 공기단독역세척(속도 : 1.2m/분) → 물(0.4m/분)?공기(속도1.2m/분) 병용 역세척 → 물 단독 역세척(0.8m/분)'순서를 주로 이용한다.
오염물질인 탁도는 여과속도에 비례하여 누출되므로, 여과수의 수질을 양호하게 유지하기 위해서는 여과지 전면에 걸쳐서 여과속도가 일정속도 이하로 균일하게 분포되어야 한다. 이를 위해서는 역세척이 끝난 후 여재층을 이루는 다공성 입자층의 두께와 입도 분포가 균질해야 하고, 여재층의 균질성은 세척수와 역세척 공기가 여과지 전면에 걸쳐서 균일하게 분포되는 균등 역세척에 의해 얻어진다. 실제 여과 장치에서 경험적인 균등 역세척 한계는 3%의 역세척 유량 차이이다.
물?공기병용 역세척 여과지구조에서 정수거는 여과된 정수를 정수지로 보내는 한편, 역세척수와 역세척 공기를 집수실로 이송하기 위한 시설이다. 편의상 여과지의 집수장치는 세척수와 역세척 공기를 정수거의 단일 단면으로 이송하는 개방형 공기공급 시스템을 갖는 집수장치(도1에 도시)와, 정수거내에 공기배관을 별도로 설치하여 공기 이송공간과 세척수 이송공간의 수리 특성이 서로 영향을 주지 못하도록 하는 폐쇄형 역세척 공기공급 시스템을 갖는 집수장치(도2에 도시)로 구분된다.
도1a 및 도1b는 정수장 여과시설에 적용되는 종래기술에 따른 하부 돌출형 집수장치의 횡단면도 및 종단면도로서, 개방형 공기공급 시스템을 갖는 구조를 나타낸다.
상기 하부 돌출형 집수장치는 도면에 도시한 바와 같이, 중앙 수로를 매개로 양측으로 구획된 여과지 본체(102)와; 상기 여과지 본체(102)의 양측 내부공간 상부에 설치되며, 자갈, 모래, 활성탄, 규조토, 안트라사이트 등의 다공질 입자들을 순차 적층하여 외부로부터 유입되는 원수에 포함된 현탁물질을 여과하는 여재층(124)과; 상기 여재층(124) 하부에 설치된 하부집수블록(스트레이너 블록)(122)과, 상기 여재층(124) 및 하부집수블록(122)을 통과한 정수를 집수하는 집수실(104)과; 상기 여과지 본체(102)의 중앙에 위치되되 집수실(104) 바닥보다 낮은 오목한 홈이 형성된 하부 돌출형태를 이루며, 집수실(104)에서 여과된 정수를 합류시켜 정수지로 송출하고 여과후 역세척을 위한 세척공기 및 세척수 이송공간으로 활용되는 정수거(106)와; 상기 여재층(124)의 상부에 간격을 두고 설치되며, 현탁물질 덩어리인 플록(floc), 침적부유물 등의 이물질을 회수하는 트로프(trough)(108)와; 상기 정수거(106) 상부에 설치되며 트로프(108)를 통해 이송되는 이물질을 합류하여 배출하는 퇴수거(110)를 포함한다.
상기 하부돌출형 집수장치에서 집수실(104)과 정수거(106)를 구획하는 경계벽(112)에는 집수실(104)에서 여과된 정수를 정수거(106)로 보내고 또 역세척을 위한 물을 정수거(106)로부터 집수실(104)로 보내기 위한 세척수 오리피스(116)들이 집수실(104) 바닥에 연하여 수평 방향, 0.3?1.5m 간격으로 관통되어 있고, 역세척 공기를 정수거(106)로부터 집수실(104)로 보내기 위한 세척공기 오리피스(114)들이 집수실(104) 상단부에 연하여 수평 방향, 0.3?1.5m 간격으로 관통되어 있다.
상기한 구성을 갖는 하부돌출형 여과지(도1 a)의 집수실(104)과 정수거(106)에는 여과 중에 정수로 채워져 있게 된다. 그리고, 역세척을 위해 세척공기 유입배관(도시하지 않음)과 세척수 유입배관(도시하지 않음)을 통해 공기와 물을 동시에 정수거(106)에 유입시키면, 상기 정수거(106)의 상단부에서부터 공기층을 형성하여 하단면이 아래로 이동하게 되며, 이 공기층 하단면이 수평 1열로 설치된 세척공기 오리피스(114)들과 접하는 시점에서 공기는 세척공기 오리피스(114)를 통해 집수실(104)로 유입된다. 상기 정수거(106)는 세척공기 오리피스(114) 하단부에서 역세척 공기층과 역세척수층으로 분리되어 상부는 공기이송에 이용되고 하부는 물 이송에 이용되다가 물 단독 역세척 단계에서는 전체 단면이 세척수 이송에 이용되는 구조이다.
상기한 바와 같은 개방형 공기공급 시스템을 갖는 정수거의 균등 역세척 조건은 다음과 같다.
균등 역세척을 위해서는 정수거(106)에 종방향의 수평1열로 설치된 세척 공기 오리피스(114)와 세척수 오리피스(116)의 역세척 공기량과 역세척 수량이 모두 균등해야 하며, 이를 위한 일반적인 조건은 정수거(106) 내부의 압력을 균등하게 유지하는 것이다.
정수거(106) 내부 압력을 균등하게 유지하려면 [수식1]의 베르누이 정리로부터 정수거(106) 횡단면적을 유량에 비례하여 변화시켜 유속을 균등하게 하거나, 유속을 0에 가깝게 만들어 속도수두의 영향을 최소화해야 하나, 실제 여과지에서는 유속을 대략 0.4m/초로 유지하여 3% 이내의 허용범위 내에서 압력 균등화를 달성한다.
[수식1]
Figure pat00001
여기서 p1, p2는 두 지점의 압력, v1, v2는 두 지점의 유속, hι는 두지점간 수두손실, z1, z2는 두 지점의 유선의 높이를 나타낸다.
즉, 세척수량이 가장 많은 물 단독 역세척 공정에 대해 0.4m/초 이하 개략적으로 균등한 유속을 달성하기 위해 정수거(106)는 2개의 평행한 경계벽(112)과 수평 바닥, 그리고 입구가 높고 후단부가 낮은 경사진 상부 슬라브를 이용해 입구부 단면이 크고 후단부 단면이 작은 변단면 수로를 형성한다.
이렇게 형성된 변단면 정수거(106)는 물?공기 병용 역세척 단계에서 세척수는 정수거(106)의 세척공기 오리피스(114) 하부 공간을, 세척공기는 나머지 공간을 통해 집수실(104)에 이송하게 되고, 물과 공기 경계면 및 집수거 바닥은 수평을 이루므로 정수거(106)의 세척수 이송수로의 횡단면은 입구와 후단부가 같은 균일 단면이 된다.
이 균일 단면의 역세척 수로를 통해 역세척수를 3% 이내의 오차범위로 균등하게 세척수 오리피스(116)들에 이송하기 위해서는 유속이 최대 유속을 0.3m/초 이하로 조절해야 되는데, 공기 압축성 때문에 발생하는 충격파 발생을 억제하기 위해 세척공기 오리피스(114)는 반드시 집수실 상단부에 위치되어야 하므로, 집수실 높이가 충분히 높지 못한 개방형 공기공급시스템에서는 역세척 유속 조절을 위해 정수거(106)의 바닥고를 집수실(104) 바닥고 보다 낮아지는 하부 돌출형이 되어야 한다.
이러한 돌출형 집수거의 구조의 여과지는 건설시 바닥 콘크리트를 2단으로 구축하여야 하고, 집수거가 깊어지므로 공사비가 증가되고 공사기간이 길어지는 문제점이 있다.
도2a 및 도2b는 정수장 여과시설에 적용되는 종래기술에 따른 평저형 집수장치의 횡단면도 및 종단면도로서 폐쇄형 공기공급 시스템을 갖는 구조를 나타내며, 도2c는 폐쇄형 역세척 공기공급 시스템의 세부구성을 나타낸 개략적인 단면도이다.
상기 평저형 집수장치는 정수거(106) 바닥고와 집수실(104) 바닥고가 평면인 형태를 이루며, 공기 공급계통과 세척수 공급계통이 공기 배관을 매개로 완전히 분리된 구조로서 공기이송을 물리적으로 구분된 별도의 배관을 통해 세척공기 오리피스(114)에 공급하고, 정수거(106)는 항상 세척수만 이송하는 폐쇄형 공기공급시스템을 갖는다.
상기 폐쇄형 공기공급시스템은 도2c에 도시한 바와 같이 정수거(106) 내부에 설치되는 메인 배관(132)과, 상기 메인배관(132)에서 분기되어 세척공기 오리피스(114)에 연결되는 분기관(134)을 구비한다. 평저형 집수장치에서는 정수거(106)가 세척수 이송에만 이용되므로 세척공기 오리피스(114)의 설치 위치가 정수거 수리에 영향을 주지 않기 때문에 정수거 높이를 임의 조정할 수 있다.
상기 평저형 집수장치에서는 정수거(106)의 단면적이 물 단독 역세척 단계(물 역세척 속도 : 0.8m/분)에서 균등배분에 충분하게 결정되었을 경우, 물?공기병용 역세척 단계(물 역세척 속도 : 0.4m/분)에서는 균등배분에 더욱 유리한 조건이 된다.
이러한 평저형 집수장치는 바닥콘크리트 타설시 공기가 단축되고 공사비가 절감되는 장점이 있는 반면, 압축성 유체인 공기의 특성상 저류공간이 없는 메인배관(132)에서 분기관(134)을 통해 여러개의 세척공기 오리피스(114)에 공기를 공급할 경우, 역세 초기에 배관 입구쪽 오리피스부터 공기가 공급되므로 역세척이 시작되는 여과지의 범위가 부채꼴 모양으로 확장되며, 여과사가 수평방향으로 이동?교란되기 때문에 역세척 초기에 균등역세척이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 기존 물 역세척 여과지를 물?공기 병용 역세척 여과지로 폐쇠된 집수거(106) 내부에 대구경 공기 메인배관(132)을 반입하고 설치하기 위해 기존 구조물을 크게 손상 후 복구해야 하는 문제점을 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 여과지의 집수실과 여과된 정수를 배출하는 정수거 사이에 수위조절 기능과 공기공급 기능을 수행하는 물/공기 구획부재를 설치하여 여과지 하부의 집수실 높이와 무관하게 정수거 내부의 세척수 수면위치를 조절하고 균등 역세척의 필요조건인 세척수 이송공간을 확보함으로써 균등 역세척을 달성할 수 있는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 집수실 바닥고와 정수거 바닥고가 동일한 평저형 집수거 구조에 세척수 수위 조절 및 공기공급 기능을 병용하는 물/공기 구획부재만을 설치하여 균등 역세척을 달성함으로써 여과지 시공비용을 줄이고, 공사기간을 획기적으로 단축할 수 있는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원수에 포함되어 있는 현탁물질을 제거하기 위한 여재층과, 여재층 하부에 설치된 하부집수블록을 포함하며 상기 여재층과 하부집수블록을 통과한 정수를 집수하는 집수실과; 상기 집수실에서 여과된 정수를 합류하여 정수지로 송출하는 정수거를 포함하는 정수용 여과장치에 있어서, 집수실과 정수거를 구획하며, 집수실의 상단부와 정수거를 연통시키는 세척공기 오리피스와 집수실의 하단부와 정수거를 연통시키는 세척수 오리피스가 형성되어 있는 집수거 경계벽; 및 일단부가 상기 집수거 경계벽의 세척공기 오리피스에 연결되고, 타단부는 정수거 내부의 세척수 수위가 세척공기 오리피스 상부에 위치되도록 배열되며, 역세척수와 공기가 각각 집수실로 공급되도록 하는 물/공기 구획 부재를 포함하는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치를 제공한다.
여기서, 상기 물/공기 구획부재는 일단이 세척공기 오리피스에 연결되고, 타단은 정수거 내부 수면위치에 배열된 공기공급관 또는 수위조절 겸용 세척공기 안내판으로 이루어질 수 있다.
상기한 구성을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 구현한다.
첫째, 집수실 바닥고와 정수거 바닥고가 동일한 평저형 집수거 구조에 세척수 수위 조절 겸용 공기공급 기능을 수행하는 물/공기 구획부재를 설치하여 공기 및 역세척수를 균등하게 집수실에 공급함으로써 초기 역세척시에 세척수의 불균등 공급에 의해 여재층이 교란되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 역세효율과 정수의 생산효율을 증대시킬 수 있다.
둘째, 평저형 집수거 여과지 구조에서 균등 역세척이 가능하므로 집수거의 세척수 이송공간을 확보하기 위해 여과지 바닥고보다 집수거 바닥고를 낮게 형성할 필요 없다. 이를 통해 여과시설의 단순화가 가능하고, 여과지 시공비용의 절감과 함께 건설공기를 획기적으로 단축할 수 있다.
셋째, 평저형 집수거 구조에 수위조절 겸용 공기공급 기능을 수행하는 물/공기 구획부재가 설치되기 때문에 기존의 폐쇄형 공기공급시스템이나 개방형 공기공급시스템을 갖는 집수거형 여과지보다 쉽고 빠르게 물?공기병용 역세척 여과지로 개조가 가능하다.
도1a 및 도1b는 정수장 여과시설에 적용되는 종래기술에 따른 하부 돌출형 집수장치의 횡단면도 및 종단면도,
도2a 및 도2b는 정수장 여과시설에 적용되는 종래기술에 따른 평저형 집수장치의 횡단면도 및 종단면도,
도2c는 평저형 집수장치의 역세척을 위한 폐쇄형 역세척 공기공급 시스템의 구성을 나타낸 개략적인 단면도,
도3은 본 발명에 따른 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략적인 전개도,
도4는 본 발명에 따른 여과장치의 평면 구성도,
도5는 도4의 A-A' 단면도,
도6은 도4의 B-B' 단면도,
도7a는 본 발명에 따른 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치의 정수거 세부 구성도,
도7b는 본 발명의 요부인 수위조절 겸용 공기공급부재의 일실시 예시도,
도8은 본 발명의 요부인 수위조절 겸용 공기공급부재의 다른 실시 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치는 집수실과 연통하는 정수거 내의 세척공기 오리피스 설치위치와 무관하게 세척수 수위를 조절할 수 있도록 구성하여 정수거를 세척공기와 세척수 이송공간으로 이용하면서 정수거의 단면효율을 향상시켜 균등 역세척을 달성할 수 있도록 구현한 것이다.
먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서 균등 역세척을 위한 이론적 배경을 설명하면 다음과 같다.
오리피스를 통과하는 유체의 양은 다음과 같이 표기되며, 동일규격의 오리피스를 통한 유량이 균일하려면 오리피스 입구인 정수거와 출구인 집수실의 압력차이(Δp)가 균일해야 한다.
오리피스 유량 공식 :
Figure pat00002
여기서, Δp : 오리피스 전후의 압력차이(=정수거 압력 - 집수실 압력)
a: 오리피스 단면적
α: 중력가속도
cv = 오리피스 손실수두계수
ρ: 유체밀도(물 :1,000㎏/㎥, 공기 : 1.2㎏/㎥)
집수실의 압력은 여과지 상부 '대기압 + 역세척 수두손실'로 표기되며, 균질한 여재층의 역세척 수두손실은 균일하므로 여과지 하부집수실의 압력도 균일하다고 가정된다. 따라서, 수평방향으로 균질한 여재층을 갖는 여과지에서 정수거의 압력이 입구에서부터 종단까지 일정하다면 모든 오리피스에 걸리는 압력차이(Δp)가 균일해지고, 모든 오리피스 통과유량도 균일해져서 균등 역세척이 가능해진다.
정수거 내부의 두 지점(1,2번 오리피스 지점으로 명칭)간의 압력차이와 유속, 수두손실 등은 하기에 표기된 [수식1]의 베르누이 정리에 의해 설명된다.
[수식1]
Figure pat00003
여기서 p1, p2는 두 지점의 압력, v1, v2는 두 지점의 유속, hι는 두지점간 수두손실, z1, z2는 두 지점의 유선의 높이를 나타낸다.
2개의 오리피스를 통해 동일한 세척수량이 공급되어 균등역세척이 되려면 두 지점의 압력 p1, p2가 같아야 한다. 이를 위한 조건으로 z1 = z2(수평 유선)와 함께
Figure pat00004
또는
Figure pat00005
을 사용하거나 2가지를 동시에 사용하기 위해 정수거 형태는 천정이 흐름방향으로 하향 경사진 천정을 갖는 직육면체 수로를 이용하여야 한다.
경험적으로 밀도가 1,000㎏/㎥인 물은 정수거내 유속이 vwater = 0.4m/초 정도, 밀도가 1.2㎏/㎥인 공기는 vair = 6m/초 정도이면 동수두의 영향이 작아져서 정수거에 횡방향으로 설치된 다수개의 오리피스 통과 유량차이를 무시할 만큼 균일하게 유지할 수 있다.
상기의 균등 역세척의 이론적 배경을 토대로 본 발명의 구조에 대하여 설명한다.
도3은 본 발명에 따른 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 집수거형 여과장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략적인 전개도이고, 도4는 본 발명에 따른 여과장치의 평면 구성도이고, 도5는 도4의 A-A' 단면도이고, 도6은 도4의 B-B' 단면도를 나타낸다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 집수거형 여과장치는 도3 및 도4에 도시한 바와 같이 직육면체로 구성되는 여과지 본체(2)와; 상기 여과지 본체(2)의 내부공간을 횡방향으로 구획하며, 외부로부터 유입되는 원수에 포함된 현탁물질을 여과하는 집수장치(4)와; 상기 집수장치(4)에서 여과된 정수를 합류하여 정수지로 송출하며, 여과후 역세척을 위한 세척공기 및 세척수 이송공간으로 활용되는 정수거(6)와; 상기 집수장치(4)의 상부에 간격을 두고 설치되며, 현탁물질 덩어리인 플록(floc), 침적부유물 등의 이물질을 회수하는 트로프(trough)(8)와; 상기 정수거(6) 상부에 설치되며 트로프(8)를 통해 이송되는 이물질을 합류하여 배출하는 퇴수거(10) 및 정수거(6) 내부에 설치되며 역세척을 위한 역세척수의 수위조절과 역세척을 위한 공기 공급을 병용하는 물/공기 구획 부재(12)를 포함한다.
상기 집수장치(4)는 정수거 일측에 형성된 집수실(22)과; 상기 집수실(22)과 정수거(6)를 구획하는 집수거 경계벽(24)과; 상기 집수실(22)에 설치된 다수의 지지보(22a) 상부에 설치되며, 원수에 포함된 이물질을 여과하는 하부집수블록(이하, 스트레이너 블록이라 칭함)(26)과; 상기 스트레이너 블록의 상부에 설치되며, 자갈, 모래, 활성탄, 규조토, 안트라사이트 등의 다공질 입자들을 순차 적층시켜 원수로부터 이물질을 침적시켜 여과하는 여재층(28)을 포함한다.
상기 정수거(6)에 설치되어 역세척수의 수위를 조절하고, 역세척 공기를 공급하기 위한 물/공기 구획부재(12)는 도5 내지 도7에 도시한 바와 같이 집수실(22)과 정수거(6)의 경계벽(24)을 관통하되, 집수실(22) 상부위치에 형성된 세척공기 오리피스(32)와; 상기 집수실(22) 바닥위치에 형성되는 세척수 오리피스(34)와; 상기 세척공기 오리피스(32)에 일단이 연결되고, 타단은 정수거(6)의 상측부 즉 집수실(22)보다 높게 위치되어 역세척수의 수면위치를 조절하면서 공기를 공급하기 위한 세척 공기 공급관(36)을 포함한다.
상기 세척공기 공급관(36)은 도7b에 도시한 바와 같이 실질적으로 Z자 형태의 곡관으로 이루어지되, Z자 곡관의 상부 수평관이 수면위치 경계선이 된다. 이러한 구조를 통해 정수거(6)의 내부 수면위의 공기가 곡관으로 유입되어 집수실(22)로 공급되고, 또 Z자 곡관의 상부 수평관을 통해 수위가 정해진 정수거(6)내의 세척수는 세척수 오리피스(34)를 통해 집수실(22)로 공급된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 물/공기 구획부재(12)의 구성중 수면조절과 공기공급을 위한 부재를 Z자 형태의 공기공급관으로 형성한 구조를 제시하고 있으나, 이에 국한하는 것은 아니다. 즉 도8에 도시한 바와 같이, 세척수가 세척공기 오리피스로 유입되지 못하도록 일단이 세척공기 오리피스(34) 하부에 고정되고, 타단이 집수실(22)보다 높게 위치되어 역세척수의 수면위치를 조절하면서 수면위에 채워지는 공기가 세척공기 오리피스(32)로 유입되도록 안내하는 세척공기 안내판(38)으로 이루어질 수도 있다.
상기의 세척공기 공급관(36)이나 세척공기 안내판(38)은 일단부를 세척공기 오리피스(32) 입구에 연결함으로써 정수거(6)의 단면에서 세척수가 채워진 수위만큼 세척수의 이송공간으로 이용하고, 또 세척수의 수면 위측공간을 공기 이송공간으로 이용함으로써 균등 역세척을 수행할 수 있고, 또 정수거(6) 내부 수위를 집수실(22) 높이에 관계없이 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 구조에 따르면, 정수거내에 설치된 물/공기 구획부재(12)에 의해 정수거(6) 내부의 세척수 수심을 세척공기 오리피스(32) 상부로 이동시켜 세척수 이송을 위한 정수거 단면을 자유롭게 조절할 수 있기 때문에 본 발명의 여과장치는 집수실(22) 바닥면이 정수거(6) 바닥면과 동일한 평면형 집수거 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 이는 정수거(6)의 바닥을 하부 돌출구조로 형성하는 것에 비해 시공이 용이하고, 공기를 단축할 수 있는 잇점이 있다.
본 발명의 물/공기 구획부재(12)를 하부 돌출형 집수거에 적용할 경우에는 정수거 내부 수위 조절을 통해 세척수 유속을 조절할 수 있다.
다음, 상기와 같이 구성을 갖는 본 발명의 물/공기 구획부재(12)를 이용하여 역세척수 및 역세척공기를 균등하게 집수실(22)로 공급하는 원리를 설명하면 다음과 같다.
도7a에 도시한 바와 같이, 원수의 여과가 완료된 후, 여재층(28)에 침적되어 있는 탁질을 제거하기 위하여 역세척 과정을 실시하게 된다. 이때, 정수거(6) 내부에서 상기 세척공기 오리피스(32)에 Z자 형태로 이루어진 공기공급관(36)의 일단을 끼워 고정하고, 공기공급관(36)의 타단은 요구하는 수위만큼 집수실(22)보다 높게 위치시키게 된다. 상기한 설치구조에 의해 정수거(6) 내부에는 공기압력층과 수압이 공존하게 된다.
상기와 같이 공기공급관(36)의 설치후에 역세척수를 정수거(6)에 공급하여 정해진 수위(공기공급관(36)의 높이)만큼 채우고, 또 공기공급관(36) 위의 공간에는 콤프레샤 등을 이용하여 공기를 채우게 된다. 그리고, 1차적으로 공기공급관(36)과 세척공기 오리피스(32)를 통해 집수실(22)로 유입되는 공기가 여재층(28)을 통과하게 되고, 2차적으로 역세척수가 세척수 오리피스(24)를 통해 집수실(22)로 유입되어 상승류를 형성하게 된다.
상기 역세공기 및 역세척수는 스트레이너블록(26)을 거쳐 여과층(28)으로 역류하여 통과하고, 이 과정에서 여재 표면에 부착되어 있는 탁질이 이탈되어 부유되고, 트로프에 유입되어 제거되는 것이다. 즉, 상기 역세척공기가 상승하면서 발생되는 기포의 진동을 통해 여재표면에 부착되어 있는 탁질을 이탈시키고, 역세척수의 상승류에 의해 여재표면의 부착탁질을 이탈시켜 제거하게 된다.
본 발명을 통한 균등 역세척과정에서, 공기공급관(36)에 의한 정수거(6)의 수위조절고(h2)는 도7a에 도시한 바와 같이 계획 세척 수량에 대해 정수거(6) 최대 유속이 0.4m/초 이하가 되도록 h2를 결정한 후 집수실(22) 높이(h4)를 공제하여 공기공급관(h3)(h3 = h2 - h4)의 높이를 결정한다. 미설명부호 h1은 정수거 천장고와 수위 사이의 공기층이다.
본 발명의 구성과 종래기술에 따른 폐쇄형 공기공급 시스템을 갖는 집수거와의 차이는 좁은 정수거 내부에 D150 ~ 300mm의 대형 공기공급 배관 시스템(도2a 및 도2b에 도시된 메인배관(132))으로 별도의 폐쇄된 공기공급 시스템을 구성하는 대신에 D40mm 정도의 수위조절 겸용 소형 공기 공급관(36)을 세척공기 오리피스(32)에 연결하거나, 수위조절용 세척공기 안내판(38)을 세척공기 오리피스(32) 하단에 설치하여 물과 공기를 구획하는 것이다.
0.8m/분의 역세척 속도를 갖는 물역세척 공정단계에서 균등 역세척을 위해 필요한 정수거 단면적은 물?공기 역세척 공정단계(역세척 속도 각각 0.4m/분, 1.2m/분, 집수거 적정 유속 각 0.4m/초 이하, 6m/초 이하)에서 필요한 공간보다 67%[=
Figure pat00006
, A는 여과지 면적] 만큼 크기 때문에 정수거(6) 내 수위조절을 통해 세척공기 오리피스(32)의 상부 공간 일부를 세척수 이송 공간으로 이용하면 균등 역세척을 위한 정수거 적정 유속(물 0.4m/초, 공기 6m/초) 이하로 유지가 가능하다.
상기와 같은 본 발명에 따른 물/공기 구획부재(12)의 작용에 의해 평저형 집수거에서도 집수실의 높이보다 높게 수위를 유지하면서 집수실(22)에 공급되는 역세척수 및 역세척공기의 압력을 균등하게 배분하게 되며 이에 따라 공기 및 세척수에 의해 여재층(28)에 부착된 탁질을 효율적으로 제거할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
2: 여과지 본체 4: 집수장치
6: 정수거 8: 트로프(trough)
10: 퇴수거 12:　물/공기 구획부재
22: 집수실 24: 집수거 경계벽
26: 스트레이너 블록 28: 여재층
32: 세척공기 오리피스 34: 세척수 오리피스
36: 세척 공기 공급관 38: 세척공기 안내판

Claims (8)

  1. 원수에 포함되어 있는 현탁물질을 제거하기 위한 여재층과, 여재층 하부에 설치된 하부집수블록을 포함하며 상기 여재층과 하부집수블록을 통과한 정수를 집수하는 집수실과; 상기 집수실에서 여과된 정수를 합류하여 정수지로 송출하는 정수거를 포함하는 집수거형 여과장치에 있어서,
    집수실과 정수거를 구획하며, 집수실의 상단부와 정수거를 연통시키는 세척공기 오리피스와, 집수실의 하단부와 정수거를 연통시키는 세척수 오리피스가 각각 형성되어 있는 집수거 경계벽; 및
    상기 집수거 경계벽의 세척공기 오리피스에 일단이 연결되고, 타단부는 정수거 내부에 수평방향으로 위치하되 세척수 수위가 세척공기 오리피스 상부에 위치되도록 배열되며, 역세척수와 공기가 각각 집수실로 공급되도록 하는 물/공기 구획 부재
    를 포함하는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물/공기 구획부재는 일단이 세척공기 오리피스에 연결되고, 타단은 정수거 내부 수면위치에 배열된 공기공급관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공기 공급관은 Z자 형태의 곡관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 물/공기 구획부재는 일단이 세척공기 오리피스에 연결되고, 타단은 정수거 내부 수면위치에 배열되어 수위조절을 병용하는 공기공급 안내판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물/공기 구획부재의 높이(h3)는 계획 세척 수량에 대해 정수거의 최대 유속이 0.4m/초 이하가 되도록 정수거 바닥에서 임의의 수위(h2)를 정한 후, 상기 임의의 수위(h2)에서 집수실 높이(h4)를 공제하여 결정(h3 = h2 - h4)하는 것을 특징으로 하는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정수거는 물의 흐름방향으로 하향 경사진 천정을 갖는 것을 특징으로 하는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집수실 바닥과 정수거 바닥이 평면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집수실 바닥보다 정수거 바닥이 하부로 돌출된 것을 특징으로 하는 수위조절 겸용 공기 공급부재가 설치된 정수용 여과장치.






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