KR20140121600A

KR20140121600A - 상향류 섬유볼 여과장치

Info

Publication number: KR20140121600A
Application number: KR1020130037990A
Authority: KR
Inventors: 정희원; 김재현
Original assignee: 정희원; 김재현
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-10-16

Abstract

본 발명은 원수 중에 함유된 부유물질을 효율적으로 제거하여 양질의 처리수를 얻거나, 재활용할 수 있는 여과 장치에 관한 것으로, 섬유볼 여재, 스트레이너로 구성된 여과장치이다. 본 여과장치는 보다 우수한 여과효율과 역세를 위하여 상향류식 여과로 구성되었으며, 1단계에서는 폴리프로필렌 재질의 섬유볼을 이용한 유동상 여과를 실시하여 큰 부유물질을 제거하는 것으로 목적으로 하고 있고, 2단계에서는 폴리에스테를 재질의 섬유볼을 이용한 고정상 여과를 실시하여 미세한 부유물질까지도 완벽하게 제거할 수 있는 여과공정을 구성하였다. 또한 역세시 기존 역세공정의 문제점을 보완하기 위하여 약품을 이용한 역세를 실시하여 역세효율을 높이는 한편 재처리를 실시해야 하는 역세수량을 감소시켜 전체적으로는 여과효율을 향상시키고 유지관리 비용이 매우 저렴한 여과시스템을 구축하였다. 역세시 사용되는 약품은 생분해성이 뛰어난 식물성 추출물을 사용하며, 이는 역세로 인한 2차 오염이 문제를 억제시킨 친환경적인 상향류 섬유볼 여과탑을 제공한다.

Description

상향류 섬유볼 여과장치{Up-Flow Bioball Filter System}

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 정수처리 및 오폐수처리에 함유된 부유물질 제거를 위한 여과 장치에 관한 것이다.

부유물질(Suspended Solids; SS)은 통상적으로 물에 함유된 0.1μ 이상의 작은 입자성분을 나타내는 용어로, 물속에 다량 함유되어 있을 경우 심한 탁도를 유발하고 BOD, COD의 증가요인이 되기도 한다. 이러한 SS는 빗물에 의해 지표가 씻길 때, 저수지 내 번식하는 플랑크톤, 또는 도시하수나 공장폐수 등 대부분의 물에 함유되어 있다. SS가 많이 들어있는 하수는 관로 내에 퇴적하여 물의 흐름을 방해하고 퇴적된 유기물이 부패하여 수질을 악화시킬 수 있으므로 반드시 제거해야 하는 오염물질이다.

한편, SS는 입자크기로 분류하면 콜로이드 성분보다 조금 큰 상태로 존재하며 용존성 물질과는 반대로 물속에 부유된 상태로 존재한다. SS 성분은 일정시간이 지나면 어느 정도 침전이 이루어지지만, 입자크기가 작아 침전속도가 매우 늦은 편이며, 따라서 물속에 함유된 SS를 제거하기 위해서 전처리 공정에서는 응집제를 사용하여 입자를 크게 뭉치게 하여 플록형태로 만들어 침전, 또는 부상방식에 의해 제거하고, 후처리공정에서는 일반적으로 여과재를 이용한 미량의 SS성분을 제거하는 방식이 일반적이다.

통상적으로 여과시 SS물질은 여과재에 SS 성분이 걸러지면서 여과공정이 진행되지만, 일정시간이 경과하면 여과재 사이에 SS 성분이 축적되어 여과탱크 내 압력이 상승하게 되고, 여과재 막힘현상으로 처리유량이 감소되고 전체적으로 여과 효율이 떨어지게 된다. 이러한 경우 여과방향의 반대로 역세를 거쳐 여과재 사이에 걸린 SS물질을 제거해야 한다. 그러나 잦은 역세는 여과재의 손실을 가져오고 모래 등의 일반여재를 사용할 경우에는 역세공정에 의해 여과재의 일부가 파쇄되는 현상이 발생하여 심각할 경우 여과탱크가 폐쇄되거나 여과재의 교체빈도가 잦아지게 되어 처리수질의 악화 및 유지관리 비용의 증가를 초래하는 단점을 가지고 있다. 또한 처리수를 이용한 일반적인 역세방법은 효율적인 역세가 진행되기 어려울 뿐 만 아니라 다량의 역세수가 발생하여 이를 다시 처리하기 위한 많은 처리비용이 소요되는 단점을 가지고 있다.

일반적인 여과장치는 유입수가 여과탱크의 위에서 아래로 여과시키는 하향류방식이 대부분 이용되고 있는데, 하향류식의 경우 오염물질이 상부층에 많이 쌓이게 되고 이러한 오염물질을 제거하기 위해서 반대방향인 아래에서 위로 역세를 하게 되는데 이 때 오염물질이 깨끗하게 제거되지 않고 남아있는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 기존의 여과장치보다 높은 효율을 나타낼 수 있는 여과재의 제시와 더불어 여과방법을 제시하여 SS제거에 기여함과 동시에 역세효율이 향상될 수 있도록 하는 친환경적인 방법에 대하여 제시하여 궁극적으로는 수질오염 개선에 기여할 수 있도록 하려는 것이다.

보다 우수한 양질의 처리수를 얻기 위해서나 물의 재활용, 그리고 정수처리 공정 등에 여과장치가 많이 개발되어 왔다. 일반적으로 여과방식은 대부분 여과탱크 상부에서 하부로 물을 통과시키는 하향류 방식이 사용되어 왔으나, 일반 여과재 사이의 공극률에 의한 여과효율 저하(Tunnel effect)에 따른 SS제거효율 미흡, 재처리해야 하는 역세수의 다량 발생, 여재 파쇄에 의한 여과탱크 폐쇄 또는 잦은 여과재 교체에 따른 유지관리 비용의 증가 등 많은 문제점을 안고 있는 실정이다.

이에, 본 발명은 보다 여과효율이 우수하고, 유지관리가 간단하고 효율적인 역세가 가능한 상향류식 여과장치를 개발하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 양방향스트레이너, 섬유볼 필터로 구성되는 여과장치를 제공하며, 상향류식 여과방식을 적용하도록 하였으며, 우수한 여과효율과 효율적인 역세를 위하여 2단 여과방식을 적용하도록 하였다. 여과탱크에 유입된 유입수는 1차적으로 폴리프로필렌 재질의 섬유볼을 이용한 유동상(Fluidized bed) 여과를 실시하는데, 여기서는 큰 SS성분을 제거하는데 목적을 두고 있으며, 그리고 2차적으로 폴리에스테르 재질의 섬유볼을 이용한 고정상(Fixed bed)여과를 실시하는데, 여기서는 1차 유동상 여과에서 제거되지 않은 미세한 SS성분을 제거하는데 목적을 두고 있다.

여과탱크 내 여과기능이 2단으로 분리되어 있어 여과효율은 기존 여과방식에 비해서 매우 우수한 처리효과를 나타낼 수 있으며, 여과재 역세방법 또한 우수한 역세효율과 역세수량의 최소화를 위해 약품을 이용한 역세를 실시하고자 하며, 사용되는 약품은 생분해능이 뛰어난 친환경 제품으로 역세에 의한 2차 오염을 예방하고 최소한의 역세수량으로 인해 재처리 수량이 감소됨에 따라 전체적인 운전비 절감에 크게 기여할 수 있는 특징을 가지고 있다.

스트레이너는 1단 여과부분에서는 여과 및 역세를 원활하게 실시하기 위하여 양방향으로 있는 스트레이너를 사용하여 여과 및 역세를 실시하고 2단 여과부분에서는 단방향으로 여과시킬 수 있는 스트레이너를 사용한다. 이때 여과공정은 일반적인 하향류식이 아닌 아래에서 위로 이동하는 상향류식을 적용하며, 약품역세공정은 하향류식을 적용하도록 한다.

본원 발명의 여과장치는 섬유볼 여재를 사용하여 미세한 SS도 제거될 수 있도록 하였으며, 1단계 및 2단계를 거쳐 우수한 여과효율이 나타나도록 고안하였다. 아래쪽 1단 여과에서는 폴리프로필렌 재질의 유동상(Fluidized bed) 여과를 실시하여 큰 형상의 SS를 제거하여 1단 챔버에 누적되며 여과장치내에 누적된 오염물은 차압 또는 타이머에 의해 자동으로 드레인 밸브를 열어 계외로 배출되도록 한다.

1단 여과를 거친 유입수는 상향류식으로 2단 여과를 통과하게 되는데, 2단 여과는 폴리에스테르 재질의 고정상(Fixed bed)여과를 실시하여 미세한 SS를 제거하여 보다 완벽한 여과효율을 얻고자 한다. 1단여과에서 제거된 큰 고형물질은 입자 자체의 크기로 인하여 여과탱크 하부에 쌓이게 되며, 이는 하향류 역세시 역세가 원활하게 진행될 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한 2단여과 부분의 역세는 약품을 이용한 약품역세를 실시하고자 하며, 이 때 사용되는 약품은 생분해능이 뛰어난 친환경적인 식물성 추출 약품을 사용함으로서 2차오염을 일으키지 않는 특징을 가지고 있다.

또한 스트레이너를 설치하여 1단계 여과에서는 큰 부유물질이나 응집된 미세슬러지가 섬유볼 여재가 걸러질 수 있도록 하였는데, 1단 여과를 통과하여 2단 여과로 유입수가 이동할 때 양쪽으로 모두 걸러질 수 있게 하였다. 이는 일부 걸러지지 않은 미세한 오염물질이 2단여과로 이동한 후 스트레이너 내부에 오염물질이 끼이지 않도록 하기 위함이다. 때문에 2단여과에서 스트레이너는 한쪽으로 걸러지게 하도록 설계하였다.

도 1은 본 발명에 따른 상향류 섬유볼 여과장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 2차 스트레이너의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 1차 스트레이너(상) 및 2차 스트레이너(하)의 실사도.
도 4는 본 발명에 따른 섬유볼의 실사도.

본 발명은 SS와 같은 부유물질과 미세한 오염물질을 여과하고, 여과된 오염물질은 역세과정을 통해 제거하는 여과장치 및 여과방법을 이르는 여과장치로서 하나의 여과장치 내에 폴리프로필렌과 폴리에스테르 재질의 섬유여재를 갖춘 여러 개의 챔버를 가지며, 내부에 충진된 폴리프로필렌과 폴리에스테르 재질의 섬유여재를 통해 미세한 입자성분을 완벽하게 제거하기 위한 장치이다.

상향류 섬유볼 여과탑은 유입수 유입관(200), 여과수 배출관(300), 역세수 유입관(400), 역세수 배출관(500),누적 오염수 배출관(600),역세에어 주입관(700) 및 여과탱크(100)로 구성되며, 여과탱크(100) 내에는 1차 챔버(110)와 1차 스트레이너(112), 2차 챔버(120)와 2차스트레이너(112) 및 폴리프로필렌과 폴리에스테르 재질의 섬유여과재로 구성이 된다. 각각 도1 내지 도4를 참조하여 각 구성요소를 다음과 같이 구체적으로 기재한다.

여과탱크(100) 내부에 배치되는 1단 여과(1차 챔버(110))는 유입수에 함유된 SS 성분을 유동상(Fluidized bed) 여과를 거치면서 거대한 입자 성분을 제거하는 역할을 하며, 1차 유동상 여과를 거친 처리수가 다시 2단 여과(2차 챔버(120))에서는 고정상(Fixed bed)여과를 통해 미세한 입자성분을 제거하여 최종으로 여과수 배출관(300)으로 이동시키는 챔버를 말한다.

여과탱크(100)로 유입수가 유입되는 방향에 따라 하향류식 또는 상향류식으로 구분되는데 하향류식은 중력 또는 펌프에 따라 유입수가 위에서 아래로 유입되는 것을 말하고, 반대로 상향류식은 아래에서 위로 유입수가 유입되는 것을 말한다. 본 발명은 여과탱크(100)의 하부에 유입수 유입관(200)과 역세수 배출관(500)이 배치되고 여과탱크(100)의 상부에 여과수 배출관(300)과 역세수 유입관(400)이 배치되는 상향류식을 갖는다. 역세수 유입관(400)은 오염물을 세척할 수 있는 약품 유입관(410)과 역세수관으로 구성된다. 유입수는 유입수 유입관(200)을 통해 여과탱크(100) 내부로 유입되고 유입된 입자성분은 유동층 여과재에 의해 제거되며, 이 때 유입수에 함유된 입자성분은 여과탱크(100) 하부에 위치한 1차 챔버(110)에서 상부의 2차 챔버(120)로 이동하는데, 이때 1차 챔버(110)와 2차 챔버(120) 사이에 부유성 폴리프로필렌 재질의 섬유여재와 1차 스트레이너(112)가 위치해 큰 부유물질은 통과하지 못하도록 하고 여과수만이 1차스트레이너를 통과해 2차 챔버(120)로 이동하게 된다. 2차 챔버(120)에서는 폴리에스테르 재질의 섬유여과재를 통해 1차 챔버(110)에서 걸러지지 않은 미세한 입자성분을 여과시키고, 여과수는 2차 스트레이너(122)를 지나 여과수 배출관(300)을 통해 처리수로 배출된다. 1차 챔버 내의 여과재는 폴리프로필렌 재질로, 큰 부유물질과 쉽게 접착이 되지 않는 특성을 가지며, 2차 챔버 여과재인 폴리에스테르 재질은 미세입자성분과의 접착이 어렵고 접착된 미세입자성분과 분리가 쉬운 탄성을 가지는 특성이 있다. 또한 여재지지판(130)은 1차 챔버에 충진된 여재가 배출관으로 흘러내리지 않도록 한다.

역세에어주입관(700)은 약품세척시 약품 주입 후에 탱크 내의 약품이 편재되지 않고 골고루 확산되어 전체적으로 약품이 잘 섞이고 반응할 수 있도록 공기를 불어 넣어준다.

누적오염수배출관(600)은 일정한 양의 오염물질이 쌓였을 경우 자동으로 오염수를 배출하는 관을 이른다. 정상적으로 여과기가 운전할 때 여과탱크(100) 하부에 오염물질이 모여있게 되는데, 이때의 오염물질은 슬러지 형태로 존재한다. 이러한 슬러지형태로 인하여 물의 흐름이 원활하지 못할 경우 일시적으로 하부의 드레인밸브를 자동으로 열어 슬러지 오염물의 일정량을 여과탱크 밖으로 배출시킨다.

입자성분을 함유한 유입수를 여과하는 여과재로서는 섬유여재로는 섬유볼을 이용하게 되는데, 섬유볼은 가닥으로 된 섬유상 성분각각의 가닥이 축소하여 뭉쳐 겉으로 보기에 곱슬곱슬한 가닥이 뭉쳐있는 테니스 볼의 형태를 갖는다. 이는 표면여과가 아닌 흡착기능의 심층여과 기능을 가지며, 다량의 오염물 누적시 일반여과재들이 갖는 뭉침현상에 의한 채널링(물이 흐르는 통로)현상을 방지하는 특징을 갖는다. 또한 챔버 내에 위치하는 섬유볼은 1차 챔버(110) 내에는 탱크 공간의 50%를 폴리프로필렌 재질의 섬유여재를 충진하여 유동상 여과를 통해 큰 입자성분을 제거하게 되며 2차 챔버(120)에서는 탱크공간의 100%를 폴리에스테르 재질의 섬유여재로 충진하여 미세한 부유물질 성분을 제거하도록 한다. 이때 폴리에스테르 섬유여재의 밀도가 높을수록 여과효율이 최대의 효과를 낸다.

역세과정은 각각의 섬유여재에 부착된 오염물질을 여과탱크(100) 밖으로 배출하는 과정을 말한다. 이는 여과하는 방향과는 반대로 물과 세척약품으로 구성된 세척액을 흘려보내 응집된 오염물질을 배출하고, 세척하는 역할을 한다. 세척된 세척액과 역세시 발생되는 역세수는 역세 배출관을 통해 여과탱크(100) 밖으로 배출된다. 이 때 주입되는 세척액은 약품에 의한 2차 오염의 문제가 발생하지 않는 친환경적이고 생분해성이 뛰어난 식물성 추출물을 이용한 약품을 사용하여 역세에 의한 2차오염이 발생하지 않도록 하였다. 약품을 이용한 역세공정은 기존의 물로 인한 역세공정보다는 역세효과를 보다 우수하게 할 수 있어 결과적으로 여과효율을 우수하게 유지할 수 있는 특징이 있으며, 또한 역세수량이 소량 발생하여 재처리하는 역세수량이 매우 적게 발생하여 전체적으로 유지관리 비용을 대폭 절감할 수 있는 특징을 가지고 있다.

1차 스트레이너(112)는 양 쪽 모두 여과시킬 수 있도록 설계되었고, 2차 스트레이너(122)는 한쪽 방향으로만 여과될 수 있도록 하였다. 1차 스트레이너(112)는 1차 챔버(110)에서 큰 부유물질이 2차 챔버(120)로 유입되지 않도록 함과 동시에 스트레이너 내부에 오염물 찌꺼기가 붙지 않게 하고, 반대로 역세시에 2차 챔버(120)에서 1차 챔버(110)로 오염물이 이동할 때에 역세수에 포함된 오염물질이 스트레이너에 끼이지 않게 하기 위하여 세척방향으로도 스트레이너가 위치하게 된다. 반면 2차스트레이너의 경우 여과시 미세한 부유물질이 여과수 배출관(300)으로 이동하지 않도록 하는 스트레이너는 설치되었지만 역세시에 세척수만이 유입되기 때문에 반대 방향으로는 스트레이너가 설치되지 않고 오픈된 형태를 갖는다.

스트레이너의 설치시 최적의 여과속도와 역세속도, 효율 등을 고려하여 유입수의 유입 선속도는 20~50 m/hr를 갖을 때, 단위면적(m²)당 35~45개의 스트레이너가 설치되는 것이 최적의 효율을 갖는다.

100 여과탱크
110 1차 챔버
111 PP 섬유볼
112 1차 스트레이너
120 2차 챔버
121 PE 섬유볼
122 2차 스트레이너
130 여재지지판
200 유입수 유입관
300 여과수 배출관
400 역세수 유입관
410 약품 유입관
500 역세수 배출관
600 누적 오염수 배출관
700 역세에어 주입관

Claims

수중의 부유물질을 제거하는 여과장치에 있어, 유입수의 유입방향이 아래에서 위로 향하는 상향류식을 갖는 여과장치로, 부유물질을 여과하는 여과탱크(100)와 여과탱크(100)의 하부에 유입수 유입관(200), 역세수 배출관(500), 역세에어주입관(700) 및 누적오염수배출관(600)이 연결되고, 여과탱크(100)의 상부에 여과수 배출관(300) 및 역세수 유입관(400)이 연결되며, 내부의 오염물질을 제거하는 역세과정을 갖는 것을 특징으로 하는 상향류 섬유볼 여과장치.
제 1항에 있어서, 여과탱크(100) 내에서 제거된 부유물질을 제거하는 역세과정에 있어서 역세수 유입관(400)으로부터 역세수 용액이 나와 섬유여재 사이의 오염물질을 세척하고, 세척된 오염물질을 역세수 배출관(500)을 통해 여과탱크(100) 밖으로 배출하며, 유입수의 유입방향과는 반대로 위에서 아래로 역세수 용액을 흘려보내는 것을 특징으로 하며, 역세수 유입관(400)은 약품관과 처리수관으로 구성되며 역세수와 약품의 유입시 약품의 분산을 위해 역세에어주입관(700)을 통해 공기가 주입되는 것을 특징으로 하는 상향류 섬유볼 여과장치.
제 1항에 있어서, 여과탱크(100) 하부에 축적된 여과물을 역세과정을 통하여 제거하는 역세수 배출관(500)과 여과장치의 정상적인 운전을 방해하는 오염물질을 일시적으로 제거하는 누적오염수배출관(600)을 갖는 것을 특징으로 하는 상향류 섬유볼 여과장치.
제 1항에 있어서, 여과탱크(100)는 내부에 섬유여재를 갖춘 여러 개의 챔버를 갖으며, 1차 챔버(110)는 여과된 여과수가 이동 할 때 다음 챔버로 이동하여 재여과 되는 챔버를 말하며, 2차 챔버(120)는 여과수가 최종 여과를 한 후 여과 배출관으로 이동시키는 마지막 챔버를 이르는데, 각각의 챔버를 이동할 때 스트레이너(112,122)를 통해 이동하는 것을 특징으로 하는 상향류 섬유볼 여과장치.
제 4항에 있어서, 여과탱크(100) 내부의 제 1차 챔버는 폴리프로필렌 재질의 PP섬유재(111)로 충진되고, 제 2차 챔버는 폴리에스테르 재질의 PE섬유재(121)로 충진되어 있으며, 폴리프로필렌과 폴리에스테르 재질의 섬유여재는 테니스볼의 형태를 한 섬유볼을 이용하는 것을 특징으로 하는 상향류 섬유볼 여과장치.
제 4항에 있어서, 폴리프로필렌과 폴리에스테르 재질의 섬유여재와 스트레이너는 유입수의 유입과 이동에 따라 유입수가 다음 챔버 또는 여과탱크 외부로 이동할 때 섬유볼에 의해 제거된 큰 부유물질이 여과수와 함께 다음 챔버로의 이동을 억제하여 여과하는 것을 특징으로 하는 상향류 섬유볼 여과장치.
제 4항에 있어서, 스트레이너는 1차 챔버(110)와 1차 챔버(110) 또는 1차 챔버(110)와 2차 챔버(120) 사이에 설치되는 1차 스트레이너(112)와 2차 챔버(120)와 여과수 배출관(300) 사이에 설치되는 2차 스트레이너(122)로 구성되며, 1차 스트레이너(112)는 양방향으로 여과할 수 있는 것을 특징으로 하며, 2차 스트레이너(122)는 2차 챔버(120)에서 여과수 배출관(300)으로의 단방향으로만 여과하는 것을 특징으로 하는 상향류 섬유볼 여과장치.
제 4항에 있어서, 스트레이너는 유입수의 유입 선속도 20~50m/hr를 갖을 때, 단위면적(m2)당 35~45개의 스트레이너가 설치되는 것을 특징으로 하는 상류 섬유볼 여과장치.