KR20150115178A - 필터 카트리지 - Google Patents

필터 카트리지 Download PDF

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KR20150115178A
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Abstract

비점오염을 저감하기 위하여 필터 매체가 수용된 필터 카트리지가 개시된다.
필터 카트리지는
상기 필터 매체를 수용하는 상부판 및 하부판;
상기 필터 매체의 내부에 수직 방향으로 입설되는 배수 유출관;
상기 필터 매체의 외벽과 상기 배수 유출관 사이에 설치되며, 상기 하부판으로부터 상기 필터 매체의 내부로 연장되며, 상기 하부판과의 사이에 연통공이 마련되는 차단판;
을 포함한다.

Description

필터 카트리지{Filter cartridge}
본 발명은 초기우수(비점오염) 저감시설에 관한 것으로서, 특히 필터의 내구도를 높이고 필터 효율을 높일 수 있는 필터 카트리지에 관한 것이다.
비점오염 물질은 초기 지표면 유출수와 함께 유출되는 오염물질로서 농지에 살포된 비료나 농약, 토양침식물, 축사유출물, 도로의 자동차 타이어 분진, 오일, 도시지역의 먼지와 쓰레기, 자연동·식물의 잔여물, 지표면에 떨어진 대기오염물질 등을 말한다
이러한 비점오염물질에 대응하기 위한 비점오염 저감 장치는 여과형, 와류형, 스크린형, 응집/침전 처리형, 생물학적 처리형 시설 등으로 분류할 수 있다. 이 중에서 스크린형은 소용량 및 대용량 적용 가능하고 유지관리가 용이하며 협잡물 및 부유물질(SS) 제거도 가능하다는 장점을 갖는 반면 미세입자 및 용존성 물질의 제거가 곤란하다는 단점이 있다.
도 1은 종래의 필터 카트리지의 구조를 도시한다.
도 1을 참조하면, 종래의 필터 카트리지(100)는 원기둥형 필터 매체(102)를 구비하며 필터 매체(102)의 내부에는 배수유출관(114)이 마련되어 있다. 필터 카트리지(100)는 우수에 침지되며, 필터 매체(102)의 외측 벽면으로 침투한 우수가 필터 매체(102)를 거치면서 여과되어 배수유출관(114)을 통해 흘러나오게 된다. 배수유출관(114)의 하부에는 여과된 우수를 배출하기 위한 배출구(미도시)가 마련된다. 따라서 우수의 유출은 반드시 필터 카트리지(100)의 하부에 설치된 배출구를 통하여 이루어진다.
중력 시스템(gravity system) 방식의 필터 카트리지(100)일 경우, 필터 카트리지(100)의 중앙으로 향하는 방사상의 흐름을 가지며 중력에 의해 수두의 1/2에 해당하는 평균 압력을 나타낸다.
사이펀 시스템(Siphon system) 방식의 필터 카트리지에서도 필터 카트리지(100)의 중앙으로 향하는 방사상의 흐름을 가짐과 더불어 진공에 의한 내부의 배수압이 중력에 의한 압력과 평형을 이루어 최대의 효과를 내게 된다.
도 2는 강우 상황에 따른 우수 수위의 움직임, 필터의 사용면적 그리고 오염물질 배출량과의 관계를 도시한다.
도 2의 최상측 그래프에 있어서, A, B 그리고 C는 강우량에 따라 필터 카트리지(100)에 유입되는 우수의 수위 변화를 나타낸다. C는 상당량의 강우가 상당기간 지속되는 경우를 나타내는 것으로서 필터 카트리지(100)는 C의 상황(이하, 최적 상황)을 고려하여 설계된다. 한편, A 및 B는 강우의 지속시간이 짧거나 길더라도 강우량이 적은 경우에 해당한다.
그렇지만 필터 카트리지(100)를 최적 상황에서 사용하는 빈도는 매우 낮다. 실제에 있어서, 상당량의 강우가 상당 기간 지속되는 C의 경우보다는 A나 B의 경우가 빈도가 높다.
도 2의 가운데 그래프에 있어서, 강우 상황에 대비한 오염물질 유입량이 피크치에 도달하는 시간이 강우 상황에 따라 다른 것임을 알 수 있다. 일반적으로 비점오염물질은 특성상 강우 초기에 유입량이 집중되는데 이는 우수의 양이 어느 정도 되어야만 비점오염물질이 비로소 씻겨 내려가게 되기 때문이다.
특히, A와 B의 경우 비점오염물질의 유입량이 증가되는 속도가 늦다는 특징이 있다.
도 2의 최하측 그래프는 각각의 강우 상황에 대한 필터 카트리지에서의 대응 수위를 나타낸다. H_A, H_B 그리고 H_C는 각각 A, B 그리고 C의 강우 상황에서의 필터 카트리지(100)에서의 대응 수위를 나타낸다.
도 2의 최하측 그래프를 참조하면, 필터 카트리지(100)는 H_A 및 H_B의 수위 이하에서 사용되는 빈도가 가장 많음을 알 수 있다. 따라서 필터 카트리지(100)의 내구연한을 연장시키기 위해서는 H_A, H_B의 높이 이하에서의 내구도를 높이는 것이 중요한 것임을 알 수 있다.
한편, A와 B의 경우 비점오염물질의 유입량이 증가되는 속도가 늦기 때문에 C의 상황에서와 동일한 여과 속도로 여과하는 것은 효과적인 여과 방법이 아닌 것임을 알 수 있다. 여기서, 종래의 필터 카트리지가 C의 상황에 맞추어 설계되는 것임을 주목한다.
통상 필터의 여과 효율은 접촉 비점오염물질이 포함된 우수와 필터 매체간의 접촉 시간에 비례한다.
본 발명은 종래의 필터 카트리지의 내구 연한을 높이는 필터 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 차단수위 이하의 우수 유입시 우수의 유출 속도를 저감시킴으로써 초기 우수에 효과적으로 대응할 수 있게 하는 필터를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 필터 카트리지는
필터 매체가 수용된 하향식 필터 카트리지에 있어서,
상기 필터 매체를 수용하는 상부판 및 하부판;
상기 필터 매체의 내부에 수직 방향으로 입설되는 배수 유출관;
상기 필터 매체의 외벽과 상기 배수 유출관 사이에 설치되며, 상기 하부판으로부터 상기 필터 매체의 내부로 연장되며, 상기 하부판과의 사이에 연통공이 마련되는 차단판;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 차단판의 높이(h)는 상기 필터 매체의 높이(H)의 1/3이 되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 하부판에는 상기 차단판이 삽입되며 상기 차단판의 하부가 상기 하부판으로부터 틈새를 가지도록 지지하는 삽입 돌기가 설치되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 차단판의 하부에 상기 연통공에 인접하여 유분을 흡착하는 흡착포가 더 구비되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 필터 매체의 외측에 부유물을 걸러내는 스크린이 더 구비되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 차단판은 상기 필터 매체의 외벽과 상기 배수 유출관 사이의 중간 부분에 위치하는 것이 바랍직하다.
본 발명에 따른 필터 카트리지는 필터 매체의 내부에 소정의 차단수위에 대응하는 차단판 및 연통공을 마련함으로써, 차단수위 이하의 우수 유입시 우수의 유출 속도를 저감시킴으로써 초기 우수에 효과적으로 대응할 수 있게 하는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 필터 카트리지의 구조를 도시한다.
도 2는 강우 상황에 따른 우수 수위의 움직임, 필터의 사용면적 그리고 오염물질 배출량과의 관계를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 필터 카트리지의 구조 및 원리를 개념적으로 도시한다.
도 4는 차단수위에 따른 우수의 흐름을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 필터 카트리지의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 6은 차단판 및 연통공의 구성을 보다 상세히 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 필터 카트리지의 구조 및 원리를 개념적으로 도시한다.
도 3의 좌측 그림을 참조하면, 본 발명에 따른 필터 카트리지(200)는 필터 매체(202)의 하부에서 내부 상방으로 연장된 차단판(204)을 구비한다. 차단판(204)은 필터 매체(202)의 하부에서 필터 매체(202)의 외측 벽면과 배수유출관(214) 사이의 중간 부분에 설치되며, 그것의 높이(h)는 필터 카트리지(200)의 높이 H의 1/3이 된다.
여기서, 차단판(204)의 높이(h; 이하, 차단수위라 함)는 삼각형의 무게중심을 고려하여 결정된다. 구체적으로, 필터 매체(202)의 외부 벽면의 최상단과 배수 유출관(214)의 최하단을 잇는 경사선(S)를 가정할 때, 이 경사선 S는 중력 방식을 이용하는 필터 카트리지(200)에서 필터 카트리지(200)의 중심을 향한 방사상의 흐름의 압력 분포를 나타낸다.
또한, 필터 카트리지(200)의 외측 벽면, 필터 카트리지(200)의 하부면 그리고 경사선 S로 이루어지는 삼각형은 여과처리될 우수가 유입되는 수압 분포를 나타내며, 우수의 수위가 H일 때, 이 삼각형의 무게중심의 높이인 h가 우수 유입의 중심점 즉, h의 상부에서의 유입량과 h의 하부에서의 유입량이 균형이 되는 점인 것을 알 수 있다.
차단판(204)은 차단수위(h) 이하의 수위에서 중력에 의한 우수의 방사상 흐름을 차단하는 역할을 수행한다. 즉 차단수위(h) 이하의 수위에서 필터 카트리지(200)의 수평면 상에서 우수가 외부 벽면으로부터 배수 유출관(214)으로 방사상으로 흐르게 되는 흐름을 차단한다.
차단판(204)에 의해 막힌 우수는 차단판(204)의 하부에 마련되는 연통공(210)을 통하여 필터 카트리지(200)의 하부로 배출된다.
도 4는 차단수위에 따른 우수의 흐름을 도시한다.
도 4의 좌측 그림은 우수의 수위가 차단수위(h) 이하일 경우를 도시한다. 우수의 수위가 차단수위(h) 이하일 경우, 우수의 흐름을 차단판(204)에 의해 차단하는 대신 차단판(204) 하측의 연통공(210)을 통하여 배출시킴에 따라 필터 카트리지(200)에서의 우수의 흐름 속도는 현저히 저하된다. 단, 이러한 흐름 속도의 저하는 우수의 수위가 차단수위(h)이하일 경우에만 적용되는 것을 유의한다.
필터 카트리지(200)의 내부에서 우수의 흐름속도가 저하된다는 것은 우수와 필터 매체(202)의 접촉 시간이 증대하는 것을 의미하며 또한 그만큼 필터 효율이 증가하는 것을 의미한다.
도 4의 우측 그림은 우수의 수위가 차단수위(h)보다 높을 경우를 도시한다. 우수의 수위가 차단수위(h)보다 높을 경우, 우수의 흐름은 차단판(204)에 의해 거의 영향 받지 않는다. 왜냐하면, 차단판(204) 좌측과 필터 매체(202)의 외벽 사이에 차단되어 있는 만큼의 우수를 정체수라 한다면, 정체수 분량을 넘어 유입되는 우수는 차단판(204) 우측과 배수 유출관(214) 사이를 포함한 전체 필터 매체(202)에서 여과되기 때문이다.
한편, 도 2의 오염물질 유입량을 보이는 그래프에 도시되는 바와 같이 오염물질은 강우 초기 즉 필터 카트리지(200)에 유입되는 우수의 수위가 차단수위에 이르기까지에 집중되고 유입되는 우수의 수위가 차단수위를 넘으면 급격히 저하되기 마련이므로, 가용되는 필터 용적이 약간 적더라도 실제적으로 적용에 문제가 없게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 필터 카트리지의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 필터 카트리지(200)는 상부판(208)과 하부판(206) 그리고 필터 외벽 철망(224)에 의해 수용되는 필터 매체(202)를 포함한다. 필터 매체(202)의 중앙 부분에는 배수 유출관(214)이 설치된다.
우수는 필터 외벽 철망(224)을 통하여 유입되고 필터 매체(202)에 의해 여과된 후 배수 유출관(214)를 통하여 필터 카트리지(200)의 하부로 배출된다.
필터 외벽 철망(224)은 필터 매질(202)을 보호하고 거친 모래의 유입을 방지한다.
필터 매체(202)는 활성탄, 제올라이트(Zeolite), 펄라이트(Perlite) 등이 각각 혹은 혼합된 것이다.
배수 유출관(214)의 상부는 상부판(208)의 위쪽으로 연장되고 연장된 부분에는 필터 스펀지(222, filter sponge)가 설치된다. 필터 스펀지(222)는 오염수가 처리용량 이상으로 유입되어 오버플로우(overflow)가 일어날 때 오염물질을 걸러내는 작용을 한다.
필터 외벽 철망(224)의 바깥쪽으로는 스크린(226)이 설치된다. 스크린(226)는 필터 카트리지(200)의 외부를 보호하고 협잡물이나 부유물을 걸러내는 것으로서, 유공판이나 철망으로 이루어진다.
상부판(208) 및 하부판(206)에는 삽입 돌기(216, 218)가 설치되며, 하부판(206)에는 다른 하나의 삽입돌기(220)가 더 설치된다. 스크린(226), 필터 외벽 철망(224) 그리고 차단판(204)는 각각 스크린 삽입돌기(220), 필터 외부 철망 삽입돌기(218) 그리고 차단판 삽입돌기(220)에 삽입 및 지지된다.
차단판(204)는 차단수위(h)의 높이를 가지는 것으로서 하부판(206)으로부터 필터 매체(202)의 내부로 연장된다. 차단판(204)의 하부에는 연통공(210)이 마련되고, 연통공(210)에 인접하여 흡착포(212)가 설치된다. 흡착포(212)는 우수의 유분을 제거한다.
연통공(210)은 차단판(204) 바깥의 정체수를 서서히 배수시키기 위한 것으로서, 차단관(204) 하부의 구멍이나 틈새에 의해 형성된다. 배수 유출관(214)은 여과가 끝난 우수가 배출되는 중공의 관으로서, 필터 카트리지(200)의 중앙에 설치되며, 외부의 배출관(미도시)에 연결된다. 배수 유출관(214)은 플라스틱(P.E, PVC 등)으로 구성될 수 있으며 벽면에는 여과된 우수가 유입될 수 있도록 다수의 슬릿 혹은 구멍이 형성된다.
도 6은 차단판 및 연통공의 구성을 보다 상세히 도시한다. 도 6의 좌측 그림을 참조하면, 차단판 삽입돌기(220)와 차단판(204) 사이의 틈새가 연통공(210)이 되는 것을 알 수 있다. 다른 방법으로서는 도 6의 우측 그림에 도시되는 바와 같이 차단판(204)의 하부에 구멍을 마련하여 연통공(210)으로 사용하는 것도 고려될 수 있다.
100,200...필터 카트리지
102, 202...필터 매체
114, 214...배수 유출관
204...차단판 210...연통공

Claims (8)

  1. 비점오염을 저감하기 위하여 필터 매체가 수용된 필터 카트리지에 있어서,
    상기 필터 매체를 수용하는 상부판 및 하부판;
    상기 필터 매체의 내부에 수직 방향으로 입설되는 배수 유출관; 및
    상기 필터 매체의 외벽과 상기 배수 유출관 사이에 설치되며, 상기 하부판으로부터 상기 필터 매체의 내부로 연장되며, 상기 하부판과의 사이에 연통공이 마련되는 차단판;
    을 포함하는 필터 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차단판의 높이(h)는 상기 필터 매체의 높이(H)의 1/3이 되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하부판에는 상기 차단판이 삽입되며 상기 차단판의 하부가 상기 하부판으로부터 틈새를 가지도록 지지하는 삽입 돌기가 설치되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 차단판의 하부에 상기 연통공에 인접하여 유분을 흡착하는 흡착포가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 필터 매체의 외측에 부유물을 걸러내는 스크린이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 차단판은 상기 필터 매체의 외벽과 상기 배수 유출관 사이의 중간 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 필터 매체는 활성탄, 제올라이트(Zeolite), 펄라이트(Perlite) 등이 각각 혹은 혼합된 것임을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 배수 유출관의 상부는 상기 상부판의 위쪽으로 연장되고 연장된 부분에는 필터 스펀지(filter sponge)가 설치되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
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