KR20160041740A - 상향류 다단계 고속여과장치 및 이의 유지관리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상향류 흐름을 갖는 상향류 다단계 고속여과장치에 관한 것으로서, 크고 작은 협잡물과 부유물질이 많이 포함된 오염된 빗물의 여과에 있어서 여과수가 유출하는 최상부 여재층에 비중이 작고 모래보다 입도가 큰 1 내지 10㎜의 육면체형 여재를 충진하고, 그 하부 여재층에는 비중과 입도가 다소 큰 육면체형 여재 및 구형 여재 등을 충진하고, 또 그 밑에 구형 여재가 빠지지 않을 만큼의 망목을 갖는 1단 삼각막대 스크린과 이 스크린보다 작은 망목을 갖는 2단 격자망 주름 스크린이 결합된 2중 스크린을 설치함을 특징으로 한다.
이로써 큰 협잡물은 큰 망목으로 제거되고 작은 부유물질은 작은 공극에서 여과되어 여과시설의 전체 공간이 빠짐없이 골고루 이용되어 여과지속시간이 긴 상향류 고속여과장치을 개시한다.

Description

상향류 다단계 고속여과장치 및 이의 유지관리방법 {MULTI-STAGE HIGH RATE FILTERING FACILITIES WITH UPFLOW AND MAINTENANCE METHOD THEREOF}

본 발명은 상향류 흐름을 갖는 2중 스크린과 3 종류 다층 여재층을 형성하여 상부로 갈수록 망목이나 공극이 작아지는 상향류 다단계 고속여과장치에 관한 것이다. 좀 더 자세히 설명하면 크고 작은 협잡물과 부유물질이 많이 포함된 오염된 빗물의 여과에 있어서 여과수가 유출되는 최상부 여재층에 비중이 작고 모래보다 입도가 큰 1 내지 10㎜의 육면체형 여재를 충진하고, 그 하부 여재층에 그 아래 여재층 여재보다 비중과 입도가 다소 큰 육면체형 여재를 충진하고, 또 그 하부 여재층에 비중이 상부 여재층 여재보다 크나 1보다 약간 작으면서 그 상부 여재층 여재가 빠지지 않을 만큼 큰 입도의 구형 여재를 충진하고 또 그 밑에 구형 여재가 빠지지 않을 만큼의 망목을 갖는 1단 삼각막대 스크린과 이 스크린보다 작은 망목을 갖는 2단 격자망 주름 스크린이 결합된 2중 스크린을 설치함으로써, 다단계에 걸쳐서 여과시설의 망목이나 공극이 작아져 큰 협잡물은 큰 망목으로 제거되고 작은 부유물질은 작은 공극에서 여과되어 여과시설의 전체 공간이 빠짐없이 골고루 이용되어 여과지속시간이 긴 상향류 5단 고속여과장치에 관한 것이다.

개발지역에서 강우 초기에 유출하는 빗물은 협잡물 등이 많이 포함된 오염된 빗물로서 도로에서 유출하는 비점오염수, 합류식 하수도에서 발생하는 하수 포함 빗물 등이 대표적이다.

이 오염된 빗물은 공공수역의 수질을 오염시키고 수중 생태계를 훼손할 뿐만 아니라 빗물을 용수로 사용함에 있어서 지장을 주게 된다.

오염된 빗물의 수질 특성은 지표면의 오염도에 따라서 달라지나 일반적으로 강우 초기에는 오염도가 높지만 강우가 지속되면 점차 오염도가 낮아지며, 이들 오염 물질에는 입자상 오염물질과 용존 상태의 용해성 오염물질이 있다.

오염된 빗물로 인한 공공수역의 수질 보존이나 수중 생태계 보호 및 오염된 빗물의 용수 사용에 있어서 우선적으로 제거해야 하는 오염물질은 입자상 오염물질이며 이들 입자상 오염물질의 종류를 보면 다음과 같이 다양하다.

① 물에 뜨는 물질

스치로폼 조각, 비닐, 플라스틱 조각, 종이류, 목재 조각, 식물 조각, 고무류 조각, 머리카락, 실 조각, 섬유 조각, 먼지 덩어리 등

② 점성 및 부폐성 물질

음식 찌꺼기, 곤충 등 동물 사체, 인분 및 동물 분뇨, 슬러지류, 각종 기름 성분 등

③ 물에 가라앉는 물질

모래, 점토 등의 토사, 금속류 조각, 대형 쓰레기 등

또한 입자상 오염물질의 크기를 보면 수십 ㎝가 되는 큰 것에서부터 눈에 보이지 않을 정도로 작은 입자가 있으며, 그 분포도를 보면 큰 협잡물이나 토사류 등은 발생 지역의 상황에 따라서 불규칙하게 발생하나, 수 ㎜ 이하로 작은 부유성 입자는 대부분의 지역에서 대량 발생하며 입자가 작을수록 입자수가 기하급수적으로 증가하여 높은 탁도를 유발하게 된다.

또한 비교적 큰 입자상 오염물질의 형상을 보면 두꺼운 형태, 얇은 형태, 넓거나 길쭉한 형태, 가느다란 형태, 단순한 형태, 복잡한 형태 등 다양하다.

이와 같이 오염된 빗물에는 강우 특성에 따라서 또는 지역에 따라 다양한 종류, 크기, 형태 및 농도의 입자상 오염물질이 발생하고 있다.

현재 오염된 빗물의 정화에 사용되고 있는 수처리 방법은, ① 가볍고 부피가 큰 협잡물들은 망목이 큰 스크린으로 제거하고, ② 토사류 등의 무거운 협잡물들은 침전 방법으로 제거하고, ③ 용해성 오염물질은 미생물을 이용한 생물학적 방법으로 제거하고 ④ 부유물질은 입자상 여재를 이용한 여과방법을 통한 오염물질을 제거하는 방법이다.

생활오수를 처리하는 하수처리장에서는 위와 같은 방법을 모두 사용하고 있으므로 만약 오염된 빗물을 하수처리시설에서 정화하면 입자상 오염 물질은 물론이고 용해성 오염물질도 제거되어 처리효과는 매우 좋으나 반면 처리비용이 고가이며 또한 오염된 빗물 정화를 위한 별도의 처리시설을 설치해야 하므로 부지확보가 어렵고 비용이 많이 들어서 비현실적이다. 따라서 강우시에만 발생하고 처리대상 수량이 단시간내 증가하는 오염된 빗물의 특성을 고려하면 입자상 오염물질만을 제거하여 하수처리 시설보다 처리효율은 다소 낮으나 부지확보가 용이하고 저비용 처리방법으로서 오염된 빗물의 발생현장 가까이 입자상 여재를 이용한 여과시설을 설치하여 입자상 오염물질을 제거하는 여과방법이 효과적이다.

입자상 여재를 이용한 여과는 입도가 같거나 비슷한 크기의 여재로 일정 두께의 여층을 형성하여 여재와 여재 사이 공극으로 오염된 물을 통과시키면서 공극에 부유물질을 포획하는 것으로서, 입자상 여재를 이용한 여층의 여과효율, 여과 속도 및 역세척 용이성 등은 여재의 크기와 형상에 영향을 받는다.

여재의 입도가 작을수록, 즉 여층 공극의 크기가 작을수록 여과 속도가 낮고 작은 크기의 부유물질까지 걸러냄으로써 여과 수질이 양호해진다.

그러나 공극크기가 작을수록 여층의 공극이 빨리 막혀 여과 지속시간이 짧아져 자주 역세척 등의 유리관리를 해야 하며, 반대로 입도가 크면 여과 속도가 커지고 여과 수질은 나빠지나 여과지속시간은 길어진다.

또한 여재의 형태에 따라서 공극의 크기와 공극량이 변동하여 여과효율, 여과 속도, 여과지속시간 및 역세척 효과에 영향을 미친다.

입도가 같은 완전 구형 여재로 형성되는 여층의 공극율은 최소 40%에서 최대 47%로서 크고 또한 공극의 크기도 크나, 같은 크기의 육면체형 여재로 형성되는 여층의 공극율은 여재들이 자연스럽게 흩어진 상태에서 개략 30% 내외이고 공극의 크기도 구형 여재에 비하여 작은 편이다.

따라서 여재의 형태가 둥글수록 공극량과 공극의 크기가 커서 여과시 부유물질 저장량이 많아지고 또한 역세척시 각 여재들이 잘 분리되고 회전이 잘되어 공극에 끼인 슬러지들이 잘 배출되나, 여재의 형태가 육면체형 여재와 같이 모서리가 있는 여재들은 공극율과 공극의 크기가 작아서 부유물질 저장량이 적고 역세척시 각 여재의 회전이 잘 안되어 슬러지 배출이 불리하나 공극크기가 작아서 여과 수질은 좋아지는 장점이 있다.

입자상 여재는 자연 여재와 인공 여재가 있다. 인공 여재는 구형 여재, 육면체형 여재, 돌출형 여재로 구분 할 수 있으며, 이들 여재의 특성을 보면 다음과 같다.

① 자연 여재

자연 여재는 모래, 자갈, 쇄석, 제올라이트 조각, 나무 조각, 숯 조각, 왕겨 등의 곡물 껍질 등과 같이 자연에서 직접 획득하거나 큰 덩어리를 잘게 부셔서 사용하는 여재로서 형태와 크기가 일정하지 않아서 여과 효과가 일정하지 않으며 모래, 자갈 등은 무거워서 상향류 여과에 적용이 불리하나 가격이 저렴하고 강도가 크고 물성이 우수하여 현재 여과에 많이 사용되고 있으며 이중에서 나무 조각, 왕겨 등은 가볍고 저렴하여 앞으로 활용가능성이 높다.

② 구형 여재

인공적으로 제조된 구형 여재는 볼링공이나 럭비공처럼 표면 전체가 각진 모서리 없이 곡면으로 이루어진 공 형태 여재로서 많은 수의 여재가 여층을 형성함에 있어서 여재층이 완전 밀착 상태에서도 곡면부로 인하여 초생달과 그믐달이 서로 등을 지고 붙어 있는 형태의 빈 공간들을 형성한다.

이 빈 공간들이 구형 여재의 공극으로서, 이 공극들은 구조적 공극이며 입도가 같은 완전 구형 여재로 형성된 여층의 공극율은 40~47%로 다른 형태의 여재로 형성된 여층의 공극율 보다 커서 여과시 통수율 즉 여과 속도가 크게 되나, 또한 공극의 크기가 커서 많은 부유물질이 빠져 나가므로 여과 수질은 나빠진다.

그러나 구형 여재는 역세척시 쉽게 분리되고 슬러지 배출이 용이하다.

한편 구 형태 여재와 비슷한 특성을 갖는 인공여재에는 다수의 평면으로 이루어진 공 형태 다면 여재, 원기둥 여재 및 5각 기둥 같이 7면 이하의 평면으로 형성되어 내부각도의 합이 360도를 넘는 다면 기둥 여재가 있다.

③ 육면체형 여재

육면체형 여재는 주사위나 사각기둥 같은 형태를 갖는 여재로서 6면과 8모서리 및 12테두리가 있다.

동일한 크기와 형태를 갖는 다수의 육면체형 여재들로 여층을 형성함에 있어서 모든 여재가 정열 되어 면과 면이 맞닿게 되면 공극은 형성되지 않으나 각 여재가 다양한 각도로 어긋나서 면과 모서리가 만나거나 면과 테두리가 만나거나 테두리와 모서리가 만날 때 틈새가 발생하고 이 틈새가 공극으로 작용하게 된다,

이렇게 형성된 공극을 틈새 공극이라고 하며 육면체형 여재의 최대 공극율은 대략 30%내외이며 공극크기도 구형 여재의 구조적 공극보다 작고 공극의 형태도 구형 여재와 같이 여층의 하부에서 상부로 계속 연결되는 경우보다는 부분적으로 형성되어 매우 다양하고 불규칙한 형태가 된다.

이와 같이 육면체형 여재층의 틈새 공극은 구형 여재층의 구조적 공극보다 크기가 작아서 여과 수질은 좋으나 구형 여재층보다 공극율이 적어서 빨리 막혀 여과지속시간이 짧아져 자주 역세척을 해야 하며 또한 역세척 작업시 각 여재가 모나 회전성이 나빠서, 공극이나 여재 표면에 부착된 슬러지의 탈리를 위해 구형 여재 보다 많은 역세 수량이 필요하게 된다.

한편 육면체형 여재의 크기 즉 입도는 면과 면사이의 면입도가 있고 모서리와 모서리 사이의 모서리 입도가 있고, 꼭지점과 꼭지점 사이의 꼭지점 입도가 있으며, 이 가운데서 면입도가 가장 작고 꼭지점 입도가 가장 크다.

육면체형 여재는 정육면체형 여재와 직육면체형 여재가 있으며 또한 육면체형 여재와 비슷한 특성을 갖는 각진 여재에는 입체 삼각꼴 형태의 4면 여재, 삼각기둥 형태의 5면 여재가 있다.

④ 돌출형 여재

돌출형 여재는 구형 여재나 육면체형 여재의 표면에 1개 이상의 일방향 돌출부를 형성하여 여재 표면에 굴곡부가 있는 여재로서 돌출부가 다수 있으면 요철형 여재라 한다. 육면체형 여재에서 굴곡부가 1개인 앵글 기둥 여재, 4개인 요철 형태의 십자 기둥 여재와 같이 이들 돌출형 여재는 평면적으로 보면 가로(X방향)와 세로(Y방향)는 막혀있고 바닥(Z방향)은 열려 있는 형태의 여재이다.

돌출형 여재는 육면체형 여재보다 더 다양한 형태와 크기를 갖는 틈새 공극을 형성하며 공극 크기는 육면체형 여재보다 다소 크나 구형 여재보다는 작아서 여과 수질은 비교적 좋은 편이며 공극율은 구형 여재보다 작으나 육면체형 여재보다는 커서 여과지속시간이 다소 길어질 수 있다.

그러나 돌출형 여재는 다수의 여재들로 여층을 형성함에 있어서 부분적으로 여재들의 돌출부와 함몰부가 톱니처럼 낀 상태로 군데군데 덩어리져 있을 가능성이 있고 오염된 빗물의 여과에서 오염수 여과가 어느 정도 진행되면 오염수 중에 포함 되어있던 머리카락, 실오라기 등 기다란 물질이 여재 사이에 끼어서 여재들을 감고 여기에 점성물질, 슬러지 성분들이 더해져 흩어지지 않고 덩어리 상태로 수중에 떠 있으므로 여과효율이 나빠지고 또한 역세척시 각 여재가 잘 분리되지 않아 회전성이 나빠서 세척이 잘 안되고 육면체형 여재보다 세척수 사용량이 많아진다.

또한 돌출형 여재는 구조적 특성상 제조과정이 복잡하고 강도를 높여야 하는 등 가격 경쟁력에 취약한 구조이다.

다음 입자상 여재를 크기 측면에서 보면 모래층과 같은 작은 입도의 여층에서는 공극 크기가 작아서 여과 수질은 좋아지나 여과 속도가 느리고 대부분의 부유물질이 모래층 표면 공극에서 여과되는 표면 여과가 되어서 여과 지속시간이 짧아진다.

그러나 자갈층과 같이 입도가 크면 전체 공극량은 모래층과 비교하여 큰 변화가 없으나 공극의 크기가 커져서 여과 속도가 빨라지고 많은 부유물질이 여층 내부로 유입하여 내부 여과되고 일부 부유물질이 여층을 통과하여 유출하므로 여과 수질이 나쁘게 된다.

이와 같이 여재의 크기에 따라서 여과 수질과 여과 속도가 영향을 받게 되므로 유량이 간헐적으로 또 급격히 발생하는 오염빗물의 여과에 있어서는 다소 여과 수질이 나쁘더라도 상수도 정수시설 모래층의 여과 속도 150㎥/일 보다 큰 여과 속도를 갖는 고속여과가 요구되고 있다.

현재 사용되고 있는 고속여과시설에서는 주로 하수처리장에서 2차 처리 후 고도처리용으로 입도 3㎜ 내외의 입자상 여재를 사용하여 400 내지 1,000㎥/일의 여과 속도를 내고 있다.

또한 이들 기존의 고속여과에서는 부상 여재를 사용하므로 여과조 내에 물이 빠질 경우 여재의 바닥으로의 추락을 방지하기 위한 대책이 필요하여 어떤 시설은 여재층 하부에 여재 입도 보다 작은 망목을 갖는 여재 추락방지망을 설치하고 또는 어떤 시설은 1년 내내 여과조에 물이 차 있도록 하기도 한다.

현재 특허 등록된 기존 기술의 내용을 살펴보면 다음과 같다.

가. 특허 10-0507718 고속여과장치 및 이 장치를 이용한 고속여과 방법

본 발명은 하수, 슬러지 처리 후의 반류수, 산업폐수 등 고농도 부유 물질을 함유하는 대량의 원수를 최대 1,000m/일 의 속도로 여과하는 장치 및 방법에 관한 것으로서 상향류 여과에서 비중이 1보다 작은 입자상 부상 여재를 사용하되 단층 여과층 일때는 입도가 4 내지 10㎜인 요철형 또는 통형 여재를 사용하고, 2층 여과층에서는 입도 4 내지 10㎜의 요철형 또는 통형 여재와 그 상부에 직경 2 내지 4㎜의 구형 여재를 사용하고 있다.

여과장치의 특성은 상향류식 여과탑에 부상 여재를 충진하되 여재층 상부에 여과 운전중에 부상 여재 유출을 방지하기 위한 상부스크린을 설치하나 여재층 하부에는 여재 추락방지용 스크린을 설치하지 않으며 오염물질의 침전 및 역세척 후 탈리 슬러지 제거를 위해 여과탑 하부를 호퍼 형태로 만들고 슬러지 배출관을 설치하였다.

이 기술의 문제점들을 살펴보면 다음과 같다.

① 하부여재 지지용 스크린을 설치하지 않음으로서 오염수에 포함된 협잡물들이 스크린을 막는 일은 발생하지 않게 되나 여재의 바닥 추락을 막기 위해서는 항상 여과탑 내부에 물이 차 있어야 하므로 년 중 계속적으로 가동하는 하수처리장에서는 관계없으나, 오염된 빗물 처리에 있어서는 비가 올 때만 가동 되고 비가 안 오면 슬러지가 퇴적한 상태로 오염된 물이 차 있어야 하므로 물이 부폐하여 악취가 발생하고 또한 청소와 보수 작업시 물을 부득이 빼야하는 경우 여재 처분이 곤란하다.

② 하부스크린이 없어서 오염된 빗물에 포함된 크고 작은 가벼운 스치로폼 등의 협잡물들이 여층 내부에 유입됨으로서 여층의 입도 조성이 교란되어 여과 효율이 저하되고 또한 스크린이 없어서 각종 부유성의 얇고 큰 협잡물들이 여층표면을 막아서 여과 지속시간이 짧아진다.

③ 요철형 여재를 사용함으로서 여층 길이를 낮출 수 있으나 오염된 빗물에 적용할 경우에는 일부 여재가 슬러지, 기름 등의 점성으로 돌출부와 함몰부가 톱니처럼 끼인 결합 상태에서 머리카락 및 실조각 등이 유입하여 이들 결합 여재들을 엉키고 감싸서 작은 덩어리 형태를 형성하여 여과 작업시 여과 효율이 저하되고 또한 역세척시 이 덩어리 상태의 여재들이 잘 분리되지 않으며 또한 분산된 각 여재들도 요철형이므로 개별 회전에 불리하여 슬러지가 잘 세척되지 않고 역세수량 사용량이 많다.

④ 요철형으로서 여재 제작이 어렵고 내구성에 불리한 형태이며 특히 비중을 작게 하려고 여재를 발포하면 더욱 내구성이 적어진다.

나. 특허 10-1007019 합류식 하수도 월류수 처리를 위한 고속여과장치

본 발명은 합류식 하수도에서 강우시 발생하는 월류수를 고속여과하는 장치에 대한 것으로서 오수 처리수조를 설치하고 공공 하수도에 관을 연결하여 평상시에는 오수처리수조를 통하여 하수를 차집관으로 이송 시키고 강우시에는 오수처리수조 내 배출구의 일부를 막아서 빗물이 포함된 유입하수를 일부만 차집관으로 이송시키고 나머지 월류수를 오수처리수조 내 상부에 설치된 여과층으로 상향류 여과하여 하천으로 방류하는 방법이다.

좀 더 자세히 설명하면 여재가 있는 오수처리수조를 설치하여 우수토실에서 오수처리수조까지 관으로 연결하고 오수처리수조의 하부에서 차집관거로 관로를 연결하되 수위가 낮은 적은 유량에서는 문이 열려 있도록 설정된 제1 무동력 유량 제어장치를 설치하여 청정시에는 하수를 오수처리수조의 여재를 거치지 않고 직접 차집관거로 이송하고, 강우시에는 월류수로 인하여 수위가 상승되어 유량제어장치에 의하여 구속되어 있으며 개구부가 형성된 게이트가 회전하여 닫혀서 일부만 개구부를 통하여 차집관거로 흘러가고 나머지 하수 즉 월류수는 위로 상승하여 여재를 통하여 여과된 후 방류되고 강우가 종료되어 유량이 줄어들면 개구부를 통하여 물이 배수되어 오수처리수조 내 수위가 하강되고 따라서 게이트는 무게 추에 의하여 회전하여 원상태로 복원되는 장치이다.

그러나 본 발명은 비가 안 오는 평상시에도 오수처리수조를 통하여 하수를 차집하는 기술로서 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다.

① 평상시 열려있는 게이트가 유입부에 토사가 쌓이거나 협잡물들이 걸리거나 또는 회전하는 힌지 부분이 녹슬거나 미생물들이 증식하면 강우시 유량이 증가하여도 닫히지 않아 월류수가 여과시설로 유입되지 않고 계속적으로 차집관거로 유입될 가능성이 있다.

② 위와 반대로 많은 유량으로 막혀 있던 게이트의 개구부가 토사나 협잡물로 막혀서 강우 종료 후에도 게이트가 원상으로 회복하지 않아서 하수가 차집관으로 이송되지 못하고 여과조로 대량 유입함으로서 여과시설의 기능이 빨리 정지되고 이로 인하여 처리되지 않은 하수가 공공수역으로 방류 될 수 있다.

③ 오수처리수조 내 퇴적물의 준설, 여과시설 청소, 시설의 보수 등 유지 관리 시에 오수처리수조를 통한 하수의 차집이 안 된다.

④ 상향류 고속여과와 관련된 내용을 보면 여재, 여과조, 여재부상이란 표현만 있고 여재의 크기, 형상, 비중 등 여재 특성에 관한 내용이 없어서 어떻게 고속여과를 하는지 알 수 없으며 부유식 여과시설이 고정식인지, 유동식인지, 또는 여재층 하부 및 상부에 여재 이탈방지 시설은 있는지 등 여층구성에 관한내용이 없어서 상향류 입자상 여과시설로서의 적절한 기능 및 여과지속시간을 확신할 수 없다.

본 발명은 이와 같은 문제점들을 해소하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 다양한 종류 및 크기의 협잡물과 부유물질을 함유한 오염된 빗물을 상향류로 고속여과함에 있어서 여과 수질이 양호한 상태로 여과지속시간을 길게 함으로써 유지관리 빈도가 낮아져 유지관리가 쉽고 유지관리 비용이 저렴한 여과장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 상기 여과장치의 효율적인 역세척에 의한 관리방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하고자, 유입관과 유출관의 사이에 연결되어, 상기 유입관으로 유입되는 오염수를 여과하여 상기 유출관으로 배출하는 여과구조물을 포함하는 여과장치로서, 상기 여과구조물의 내부에는 스크린과 여재층이 설치되어 있되, 상기 여과장치는 상향류 여과장치이고, 상기 여재층은 물보다 가벼운 여재로 이루어지되, 상기 스크린은 상기 여재보다 상기 유입관에 가깝게 설치되고, 상기 스크린은 상기 여재가 빠지지 않는 망목 크기를 갖음으로써 협잡물을 걸러 내는 스크린의 기능과 상기 여재의 추락방지 기능을 하는 것을 특징으로 하는 상향류 다단계 고속여과장치를 개시한다.

상기 여재층은 다층 여재층이고, 상기 다층의 여재층을 이루는 여재는 다층을 형성하도록 비중차를 가지면서, 층별로 입도차가 형성될 수 있으며,

상기 다층 여재층 중 최상부 여재층은 모래보다 입도가 큰 여재 중에서 어느 하나를 선택하여 충진하고, 하부로 갈수록 공극이 큰 여재층으로 형성될 수 있다.

상기 다층 여재층의 여재 형태는 하부의 입도가 큰 여재는 구형으로서, 큰 공극율과 큰 공극을 확보하고, 중간부의 중입도 여재는 상부 여재와 하부 여재의 입도차를 이용하여 층을 이루는 역할로서, 꼭지점 입도가 있어서 큰 공극을 막을 수 있는 육면체형으로 하고, 상부의 소입도 여재는 모래보다 입도가 커서 여과 속도는 크나 구형 여재보다 공극 크기가 작아서 여과 수질이 우수한 육면체형 여재로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 다층 여재층은 3단 여재로 이루어지고, 상단부 여재는 비중을 1보다 작게 하여 자체부력과 상향류 흐름에서의 유속에 따라서 부상력을 갖도록 하고, 중간부 여재는 0.9 내지 0.6 정도의 비중을 갖고, 하단부 여재는 0.7 내지 0.3정도의 비중을 갖도록 할 수 있다.

상기 여재는 부상 여재로서, 플라스틱류, 스폰지류, 고무류, 비철금속류, 세라믹류, 목재류, 섬유류 및 이들의 복합소재 중 어느 하나로 만들어진 것을 포함하고, 상기 부상 여재는 내부가 빈 형태로 가공하여 부력을 증대시킨 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 여재는 식물성 자연 여재를 포함할 수도 있다.

본 발명은 상향류 흐름에서 부상 여재의 유출을 차단하는 여재 유출차단망을 더 포함하되, 상기 여재 유출차단망은 상기 여과 구조물 내부에서 상기 유출관 측에 설치되고, 상기 여재보다 작은 망목을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 여재 유출차단망은 외곽부에 프레임이 형성되어 있고, 상기 여과구조물의 벽체에 고정된 차단망 골조 위에 상향류 흐름에 떠오르지 않도록 놓여진 것일 수 있다.

또한, 상기 여재 유출차단망의 상부에는 상부공간이 형성되어, 유지 작업 시에 여재의 임시저장 공간으로 활용될 수도 있다.

본 발명의 상기 스크린은 2개 이상의 스크린이 포함된 다중 스크린이고, 상기 다중 스크린은 막대 스크린과 주름 스크린이 결합된 것이며, 상기 막대 스크린의 망목은 상기 주름 스크린의 망목보다 크고, 상기 주름 스크린은 넓은 여과면적을 갖도록 상기 막대 스크린의 상하로 번갈아 걸쳐져 주름 형태로 접어진 것을 특징으로 할 수도 있다.

상기 막대 스크린은 삼각 막대 스크린이고, 상기 주름 스크린은 격자망 주름 스크린이며, 상기 삼각 막대 스크린은 하부 삼각 막대와 상부 삼각 막대를 포함하고, 상기 하부 삼각 막대의 단면은 위로 갈수록 넓어지는 삼각 형태이고, 상기 상부 삼각 막대의 단면은 아래로 갈수록 넓어지는 삼각 형태이며, 상기 격자망 주름 스크린은 넓은 여과면적 확보를 위하여 상기 하부 삼각 막대 및 상기 상부 삼각 막대에 의지하여 연속 꺽인 주름 형태로 설치되어 주름경사면이 형성될 수 있다.

상기 상부 삼각 막대는 2개 이상 고정되어 상부 삼각 막대망을 형성하고, 상기 상부 삼각 막대망이 상기 여재의 하부 추락을 방지할 수 있다.

상기 막대 스크린은, 상기 여과구조물의 양측 내벽에 막대 뿌리가 고정되어 있고, 상기 양측 막대 뿌리 사이에 막대를 끼우고, 상기 막대 뿌리와 상기 막대를 연결하여 형성하며, 상기 막대 스크린이 유지 관리 시에 용이하게 분리 가능한 것을 특징으로 할 수도 있다. 상기 주름 스크린은 상기 하부 삼각 막대와 상부 삼각 막대의 경사진 좌우면에 판 형태의 격자망을 지붕 형태로 연속하여 조립하여 설치될 수도 있다.

본 발명의 상기 스크린은 주름 스크린이고, 판 형태의 격자망을 지붕 형태로 연속하여 맞대어 결합하여 형성되는 것을 특징으로 할 수도 있다.

본 발명은 상향류 다단계 고속여과장치로서, 5단 여재층을 포함하는 5단계 점검여과시설이며, 그 하부에는 오염수 유입관이 연결되고, 최상부에는 여과수 월류 유출관이 연결되며, 상기 여과구조물의 하부는 침전 공간으로 사용되고, 상기 5단 여재층 상부에는 여재 유출 차단망이 설치되며, 상기 여과구조물 내 유입부 쪽에 2중 스크린을 설치하여 1단 및 2단 여과시설을 구성하고, 비중차와 입도차가 있는 3 종류의 입자상 여재를 이용하여 3단, 4단 및 5단 여과시설을 구성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 5단 여재층은 아래에서 위로, 2중 스크린의 1단 삼각막대 스크린, 2중 스크린의 2단 격자망 주름 스크린, 대입도 구형 여재층, 중입도 육면체형 여재층 및 입도 1 ~ 10㎜의 육면체형 여재층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 상기 상향류 다단계 고속 여과장치를 세척하는 방법으로서, 역세수 공급탱크로부터 고압수 공급호수가 연결되고, 최전방에 넓은 각도로 분사되는 살수노즐이 있는 주사기형 고압살수봉을 상기 여재층에 꽂아 상기 여재층을 직접 세척하는 것을 특징으로 하는 상향류 다단계 고속여과장치 유지관리방법을 제공한다.

상기 유지관리방법은 상기 다단계 고속 여과장치는 상향류 흐름에서 부상 여재의 유출을 차단하는 여재 유출차단망을 더 포함하고, 상기 여재 유출 차단망 위에서 상기 상기 주사기형 고압살수봉을 상기 여재층에 꽂아서 직접 세척하는 것을 특징으로 할 수도 있다.

크고 작은 협잡물과 부유물질이 포함된 오염된 빗물의 여과에 있어서 5단계 점감여과시설을 설치함으로서 유지관리 빈도가 낮아져 여과시설의 유지관리가 쉽고 유지관리 비용이 절감된다.

내부가 빈 중공여재를 사용함으로서 비중차가 큰 3 종류의 부상 여재 채택이 가능하며 이로 인하여 여과 효과가 좋고 여재의 소재 사용량이 절감된다.

구형이나 육면체형 여재를 사용함으로서 돌출부가 없어서 여재의 마모 손실율이 적고 역세척 수량 소요가 적다.

협잡물과 부유물질의 종류, 크기, 형태, 농도 등 유입수의 수질 특성과 요구되는 여과 수질의 정도에 따라서 스크린과 여재의 크기를 조절하는 여과시설의 맞춤대응이 가능하다.

왕겨와 같은 저렴한 곡물의 껍질을 여재로 사용함으로서 경제성이 높다.

도 1은 상향류 5단계 고속여과장치의 정지상태 단면도
도 2는 상향류 5단계 고속여과장치의 운전상태 단면도
도 3은 5단계 점감여과시설 모식도
도 4는 2중 스크린 단면도
도 5는 삼각 막대 사시도
도 6은 삼각 막대 연결 덮개 조립도
도 7은 판 형태 격자망 조립 평면도
도 8은 판 형태 격자망 조립 확대도
도 9는 구형 중공여재 단면도
도 10은 육면체형 중공여재 단면 사시도
도 11은 주사기형 고압 살수봉도

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명이 적용된 본 실시 예는 2중 스크린(30)의 2종류 스크린과 물보다 가벼우면서 다층을 형성하도록 비중차를 가지면서 입도차가 있는 3 종류의 다층 여재층(40)으로 구성된 상향류 5단계 고속여과장치이다. 스크린은 다중스크린이되, 본 실시예에서는 2중 스크린을 제시한 것이며, 여재층은 다층 여재층이되, 본 실시 예에서는 3 종류의 여재층을 제시한 것이다.

좀 더 자세히 설명하면 상향류로 오염수가 여과되어 유출하는 마지막 5단여재층(43)에 물보다 가벼운 3 종류 여재 가운데 가장 가벼우면서 모래보다 입도가 큰 여재를 충진하고 4단 여재층(42) 및 3단 여재층(41)에 하부로 갈수록 입도가 크고 비중도 큰 여재층을 설치하고 3단 여재층 밑에 3단 여재가 빠지지 않는 망목 크기를 갖는 2단 스크린(32)과 1단 스크린(31)을 설치함으로서 상부로 갈수록 공극이나 망목이 작아지는 5단계 점감여과시설(20)을 형성하여 크고 작은 협잡물들이 많이 포함된 오염된 빗물을 상향류로 여과함에 있어서 여과 속도가 크면서 여과 수질이 우수하고 큰 협잡물부터 작은 부유물질까지 크기별로 5단계에 걸쳐서 순차적으로 여과함으로서 여과시설의 전체 공간이 빠짐없이 골고루 이용되어 여과 지속 시간이 긴 상향류 5단계 고속여과장치이다.

도1은 상향류 5단계 고속여과장치의 정지상태 단면도이고 도2는 운전상태 단면도이며 도3은 5단계 점감여과시설의 모식도이다.

5단계 점감여과시설(20)은 2중 스크린(30)과 3 종류 다층 여재층(40)으로 형성된 여과시설에서 유입부 1단 스크린(31)의 망목이 가장 크고 유출부 5단 여재층(43)의 공극 크기가 가장 작은 여과시설로서 최상부 5단 여재층(43)에 모래보다 입도가 큰 1㎜에서 10㎜의 여재 중에서 입도가 같은 한 종류의 여재들을 선택하여 충진하고 하부로 갈수록 공극이 큰 여재층과 망목이 큰 스크린을 설치하여 5단계 상향류 여과에 있어서 여과시설의 유입부(21)는 망목이 크고 유출부(22)로 갈수록 망목이나 공극이 점차 감소하는 여과시설이다.

이와 같이 상향류 5단계 고속여과장치에서는 최상부 5단 여재의 입도 크기에 따라서 하부 여재의 입도나 스크린의 망목크기가 영향을 받는다.

2중 스크린(30)은 여과구조물(10) 내부 중간지점에서 오염수 유입부 쪽에 설치하는 시설로서 막대 스크린과 격자망 주름 스크린이 결합된 것이다. 본 실시 예에서는 1단 삼각막대 스크린(31)과 2단 격자망 주름 스크린(32)이 결합된 것을 적용하였다.

1단 삼각막대 스크린은 망목(31e)이 큰 스크린이고 2단 격자망 주름 스크린은 바닥면적 보다 넓은 여과면적을 갖는 스크린이다.

3 종류 여재는 비교적 큰 입도차를 가지며 비중은 모두 1보다 작으나 다소간의 비중차를 주어서 상향류 여과에서 부상여과층을 형성함에 있어서 3 종류 여재들이 쉽게 섞이지 않도록 한다.

이와 같이 상향류 흐름을 갖는 5단계 고속여과장치는 여과구조물 내 유입부 쪽에 2중 스크린을 설치하여 1단 및 2단 여과시설을 구성하고 그 다음에 비중차와 입도차가 있는 3 종류의 입자상 여재를 이용하여 3단, 4단 및 5단 여과시설을 구성하여 다음과 같이 모두 5단계 여과시설을 갖는다.

- 1단 여과시설: 2중 스크린의 1단 삼각막대 스크린

- 2단 여과시설: 2중 스크린의 2단 격자망 주름 스크린

- 3단 여과시설: 3단 대입도 구형 여재층

- 4단 여과시설: 4단 중입도 육면체형 여재층

- 5단 여과시설: 5단 입도 1 ~ 10㎜의 육면체형 여재층

상향류 5단계 고속여과장치의 여재는 상기 여과구조물(10) 내부에 설치된다. 상기 여과구조물(10)은 콘크리트, 철재, 플라스틱 등의 소재를 이용하여 바닥이 호퍼형태 또는 일방향으로 경사를 가지도록 형성된다.

상기 여과구조물(10)은 그 내부가 빈 사각통 또는 원통 형태로 만들어지고, 지하매설 또는 육상시설로서 오염수를 여과하기 위하여 내부 중간 위치에 5단계 점감여과시설(20)이 설치된다.

또한 그 하부에는 오염수 유입관(11)이 연결되고, 최상부에는 여과수 월류 유출관(12)이 연결된다. 상기 여과구조물의 하부는 침전 공간(13)으로 사용되고, 5단 여재층 상부에는 여재 유출 차단망(50)이 설치되어, 여재 유출 차단망부터 여과수 월류 유출관 사이의 공간은 여과수 저장 공간(15)으로 사용된다.

2중 스크린(30)은 도 4의 2중 스크린 단면도에서 보는 바와 같이 큰 망목을 갖는 1단 삼각막대 스크린(31)과 바닥면적 보다 넓은 여과면적을 갖는 2단 격자망 주름 스크린(32)이 결합된 여과장치로서 1단 삼각막대 스크린(31)은 기존 종래의 상향류 고속여과시설보다 훨씬 큰 입도의 여재를 사용하므로 기존 종래의 상향류 고속여과시설에서 사용하는 여재 추락방지망 보다 훨씬 큰 망목을 갖는 스크린이다.

상기 1단 삼각 막대 스크린(31)은 하부 삼각 막대(31a)와 상부 삼각 막대(32a)를 포함한다. 상기 하부 삼각 막대(31a)의 단면은 위로 갈수록 넓어지는 삼각 형태이고, 상기 상부 삼각 막대(32a)의 단면은 아래로 갈수록 넓어지는 삼각 형태이다.

2단 격자망 주름 스크린(32)은 바닥면적보다 넓은 여과면적 확보를 위하여 1단 삼각막대 스크린의 하부 삼각 막대(31a) 에 의지하여 상부쪽으로 격자망을 연속 꺽인 주름형태로 접어서 설치한 것으로서 주름경사면(32c)이 만나는 상부 꼭지점에 상부 삼각 막대(32a)들을 2개 이상 고정하여 2단 격자망 주름 스크린의 상부에도 상부 삼각 막대망(32b)을 형성하여 이 상부 삼각 막대망이 3단 여재(41a)의 하부추락을 방지도록 한 것이다.

삼각 막대는 강도가 크고 잘 부식되지 않는 철재, 스텐레스, 플라스틱 등의 재질로 도 5는 본 실시 예의 삼각 막대 사시도이다. 상기 삼각 막대는 이와 같은 형태로서, 필요에 따라 이등변 사각막대도 사용가능하며 격자망의 경사각도에 맞추어 삼각 막대의 경사 각도를 정하는 것이 바람직하다. 또한, 원형이나 정사각형 막대를 같은 용도로 사용할 수 있다. 다만, 삼각 막대의 경우 단단한 결속이 가능하고, 틈새가 생기지 않아 이물질이 끼는 것을 방지할 수 있다.

1단 삼각막대 스크린(31)은 오염된 빗물에 포함된 크고, 넓고, 얇은 대형 협잡물을 차단하는 시설로서 여과구조물 내부 중간 위치의 삼각 막대들은 뾰족한 꼭지점이 아래를 향하도록 하여 균등한 간격으로 수평으로 평행하게 망형태를 갖추어 벽체에 단단히 고정하여 설치된다.

상기 삼각막대 스크린(31)은 유지 관리 시에 분리 가능하도록 양벽체에 미리 각각 짧막한 삼각 막대 뿌리(31b)를 견고히 설치하고 이 양쪽 뿌리 부분 사이에 삼각 막대를 끼우고 각 뿌리와 삼각 막대 연결부 상부에 연결 덮개(31c)를 올리고 덮개 조립구멍(31d)에 볼트 조립하여 도 6의 삼각 막대 연결 덮개 조립도와 같이 삼각 막대를 설치한다.

하부 삼각 막대망의 망목(31e)크기는 상부 삼각 막대망(32b)의 망목과 같은 크기로서 3단 여재의 입도 크기에 따라서 최대 크기가 결정되고 3단 여재의 최대 입도크기는 4단 여재의 크기에 따라서, 4단 여재는 5단 여재의 크기에 따라서 결정된다.

즉 1단 삼각막대 스크린의 망목 크기는 5단 여재의 크기에 따라서 결정되므로 입도 10㎜의 육면체형 여재를 5단 여재로 사용할 경우 1단 삼각막대 스크린의 최대 망목은 200㎜ 정도가 되어서 기존의 종래 시설보다 매우 큰 망목을 가질 수 있다.

그러나 망목이 너무 크면 주름수가 적어져 2단 격자망 주름 스크린의 여과면적이 작아져 여과지속시간이 짧아지게 된다.

2단 격자망 주름 스크린(32)은 바닥 면적 또는 스크린 설치 면적보다 넓은 여과면적 확보를 위하여 격자망을 주름형태로 연속 접어진 형태가 되도록 만들어지는 스크린이다.

1단 삼각막대 스크린 상부에 위치하는 주름 스크린의 꼭지점에 위치하는 상부 삼각 막대(32a)는 삼각 막대들을 뒤집어 뾰족한 꼭지점이 위로 향하도록 하여 하부 삼각 막대(31a)와 어긋난 중간위치 벽체에 단단히 고정된다. 상기 주름 스크린은 분해 가능하도록 설치되고 인접한 위치에 있는 하부 삼각 막대와 상부 삼각 막대의 경사진 좌우면에 도 7과 같은 판 형태의 격자망을 지붕 형태로 연속하여 판 형태 격자망 조립구멍(31f)에 볼트를 조립하여 설치한다.

도 8은 삼각 막대에 설치하는 판 형태 격자망 조립 확대도이다.

2단 격자망 주름 스크린에서 스크린의 형상은 막대 스크린 형태보다는 머리카락, 실조각 등 기다란 협잡물들을 차단 할 수 있도록 격자형 또는 타공망 형태가 좋으며 스크린 재질은 부식이 잘 안되고 가공성이 좋은 스텐레스, 플라스틱 및 섬유류 여과망 등이 좋다.

판 형태 격자망(32e)은 격자망을 한쪽 경사면의 크기로 만들거나 또는 몇 개로 나누어 이들의 외곽부를 프레임으로 고정하여 제작한다.

격자망의 망목(32h) 크기는 1단 삼각막대 스크린의 망목(31e)보다 작게 하며 좁은 망목을 가질수록 작은 크기의 부유물질까지 제거하므로 후단 3단 및 4단 공정에 부하를 줄일수 있으나 망목이 작을수록 빨리 막히게 된다.

스크린의 높이(32g)는 주름의 간격(32d)에 따라서 간격이 넓으면 높게 하고 간격이 좁으면 낮게 하며, 양경사 스크린 사이의 각도가 많이 작아지지 않도록 한다.

양경사 스크린 사이 각도가 작아지면 상하 꼭지점의 좁은 공간에 협잡물이나 슬러지가 끼어서 역세척시 잘 떨어지지 않게 된다.

한편 튼튼한 판 형태 격자망을 사용할 경우에는 하부 삼각 막대나 상부 삼각 막대를 사용하지 않고 판 형태 격자망만을 사용하여 2중 스크린을 형성 할 수도 있다. 즉, 판 형태의 격자망(32e)을 지붕 형태로 연속하여 맞대어 결합하여 스크린을 형성할 수도 있다.

상향류 다층 여재층(40)은 2중 스크린 상부에 형성된 3 종류의 입자상 여재를 이용한 상향류 여재층으로서 모두 비중이 1보다 작은 여재를 사용하되 최상부 5단 여재층(43)에 가장 가벼운 여재를 쓰고 하부로 갈수록 점차 무거운 여재를 사용한다.

또한 많은 통수량, 양호한 수질 및 긴 여과시간 확보를 위하여 유출부(22)쪽 최상부 5단 여층에는 모래보다 입도가 큰 소입도 여재를 충진하고 유입부(21)쪽 3단 여층에는 큰 입도의 여재를 충진하고 중간층인 4단 여층에는 상하 여층의 큰 입도차를 줄일 수 있는 중입도 여재를 충진함으로서 상향류 여층에서 공극 크기가 커다란 큰 공극층, 중간크기의 중간 크기 공극층 및 작은 크기의 공극층이 형성된다.

여재의 형태는 여과 속도, 여과효율, 경제성, 비중차 확보 등을 고려하여 입도가 큰 3단 여재는 구형으로 하여 큰 공극율과 큰 공극을 확보하고 중입도 4단 여재는 5단 여재와 3단 여재의 큰 입도차를 해소하는 역할로서 꼭지점 입도가 있어서 큰 공극을 막을 수 있는 육면체형으로 하고, 소입도 5단 여재는 모래보다 입도가 커서 여과 속도는 크나 구형 여재보다 공극 크기가 작아서 여과 수질이 우수한 육면체형 여재로 하는 것이 바람직하다. 중입도 여재는 입도차를 이용하여 층을 이루는 역할을 하게 된다.

이하 상향류 다층 여재층의 구성 방법을 자세히 설명하지면 다음과 같다.

먼저 최상부 5단 여재층에 3 종류 여재 중 가장 가볍고 입도도 가장 작은 1㎜이상 10㎜이하의 육면체형 여재(43a)가운데 한 크기의 여재를 선택하여 충진하고, 그 하부 4단 여층에 비중이 5단 여재보다 다소 크고 5단 여재가 빠지지 않는 범위 내에서 중입도의 육면체형 여재(42a)를 충진하고 그 하부 3단 여층에 비중이 4단 여재보다 크나 1을 넘지 않으며 4단 여재가 빠지지 않는 범위 내에서 대입도의 구형 여재(41a)를 충진한다.

이와 같이 형성된 상향류 다층 여과층은 하부 여층의 공극크기가 커서 비교적 큰 부유물질이 빠져 나가므로 상부층에 공극 크기가 작은 입도의 여재를 충진함으로서 이 작은 입도의 여재층이 블랭킷 역할을 하도록 한다.

큰 공극여층, 중간크기 공극여층, 작은 크기 공극여층이 3단계로 조성되어, 오염수 유입 시 먼저 큰 부유물질은 큰 공극여층에서 걸리고, 큰 공극여층을 통과한 부유물질들은 중간 크기 공극여층 및 작은 크기 공극여층에 순차적으로 걸려 3단계 여층 전체가 골고루 이용됨으로서 여과지속시간이 길어진다.

한편 최상부 5단 여재의 입도 선택 기준은 오염수의 고형물질 분포 특성과 요구되는 여과수의 수질에 따라서 대형 협잡물이 많으면 입도 1㎜ ~ 10㎜ 중에서 큰 입도로 하고, 소형 협잡물이 많으면 작은 입도로 한다. 또한 여과 속도보다는 여과 수질이 더 요구되면 작은 입도, 수질이 다소 나쁘더라고 많은 수량의 여과를 원하면 큰 입도의 여재를 선택한다.

본 발명에 사용하는 부상 여재는 3 종류로서 서로간의 비중차가 클수록 여층 경계가 확실하여 여과 효과가 좋고 역세척시 여층 회복이 잘되어 바람직하다.

그러나 비중차가 너무 크면 5단 여재의 비중이 많이 작아져야 하므로 이에 적합한 소재의 확보가 어려운 면이 있다.

3단 여재는 비중을 1보다 약간 작게 하여 자체부력과 상향류 흐름에서의 유속에 따라서 부상력을 갖도록 하며 4단 여재는 0.9~0.6 정도의 비중을 갖도록 하고 5단 여재는 0.7~0.3정도의 비중을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

부상 여재는 플라스틱류, 스폰지류, 고무류, 비철금속류, 세라믹류, 목재류, 섬유류 및 이들의 복합소재로 만들 수 있으며, 각 여재층에 대하여 비중이 적합한 소재를 선택하여 소재 그대로 사용하여 크기와 형태를 가공한다.

또한 본 발명에서는 구형 및 육면체형 부상 여재로서 플라스틱류, 고무류, 비철금속류 등과 같이 치밀한 구조와 차수성을 가지고 있으며 가공성이 좋은 소재를 사용할 경우에 소재의 자체 비중이 크면 필요한 비중이 되도록 탁구공처럼 내부가 빈 형태로 가공하여 부력을 증대시킨 중공여재를 사용할 수도 있다.

내부가 빈 중공여재는 물성이 우수한 소재를 부상 여재로 사용할 수 있어서 여재의 마모 파손율을 줄일 수 있으며, 또한 소재의 사용량을 줄여서 경제성을 높일수 있다.

도 9는 대입도 구형 중공여재의 단면도 이고 도 10은 중입도 육면체형 중공여재의 단면 사시도이다.

한편 본 발명에 적용 가능한 여재는 상기의 인공여재 이외에 식물성 자연 여재로서 왕겨를 4단 여재층 및 5단 여재층에 사용할 수 있다.

왕겨는 입도가 3㎜내외이고 가벼우면서 실리카 성분이 20%로서 부식성이 적고 강도도 비교적 크고 저렴한 소재이며 왕겨로 이루어진 여재층은 구조적 공극 및 틈새 공극이 형성되어 공극율이 85%로 매우 크고 투수계수도 크다. 왕겨를 물로 세척하고 선별하여 그대로 사용하거나, 왕겨 표면을 화학 수지 등으로 코팅하거나 분말가루를 피복하여 강도를 증진시키고 입도와 부력을 조정하여 사용할 수도 있다.

지금까지 설명한 내용을 적용하여 상향류 5단계 고속여과장치에서 각 단계별 여과시설의 규격은 다음의 범위 내에서 결정할 수 있다.

5단 여재층의 여재입도는 1㎜ 내지 10㎜로 하며, 이를 기준으로 하여 4단 여재층의 여재입도는 5단 여재입도의 4 ~ 8배정도로 하고, 3단 여재층의 여재입도는 4단 여재입도의 2 ~ 3배 정도로 하고, 1단 스크린의 망목 크기는 3단 여재입도의 대략 90%정도 내외로 하고, 2단 스크린의 망목 크기는 1단 스크린 망목 크기의 대략 50%정도로 하면 좋다. 이는 다양한 규격을 비교 실험한 결과 가장 바람직한 예를 찾은 것이다.

한편 본 여과장치에서 3 종류 다층 여재층 형성에 있어서 상기의 기준들을 축소하거나 확장하여 한 종류의 여재를 빼거나 추가하여 2종류 다층 여재층 또는 4종류 다층 여재층을 형성 할 수도 있다.

5단 여재층 위에는 여재 유출 차단망(50)을 설치한다.

여재 유출차단망은 상향류 흐름에서 부상 여재의 유출을 차단하는 일종의 스크린으로서 5단 여재의 입도보다 작은 망목을 갖는 플라스틱망, 섬유망, 스텐레스망 등 부식이 잘 안 되는 격자망을 사용하는 것이 바람직하다.

여재 유출차단망은 길쭉한 판 형태로 분할 제작하되 사람이 올라설 수 있도록 소재의 강도를 고려하여 외곽부 등에 프레임을 붙이고 벽체에 차단망 골조(51)를 고정한 후 이 골조위에 상향류 흐름에 떠오르지 않도록 볼트 등으로 조립하여 고정한다.

여재 유출차단망의 상부공간은 유지관리 작업 시 여재의 임시저장 공간으로 활용할 수 있다.

여과장치의 유지 관리

한편 여과장치는 장기간 가동하면 찌꺼기가 끼어서 통수량이 줄어들고 유지관리 작업을 하지 않으면 결국은 막혀서 통수가 되지 않고 여과기능이 정지된다.

본 장치의 유지관리 대상은 다층여재층 공극에 낀 슬러지와 2중 스크린에 걸린 협잡물, 침전 공간의 협잡물 및 퇴적 슬러지 등이다.

본 장치에서 유지관리를 위한 시설은 역세척수 보관 및 공급시설로서 5단 여재층 상부의 여과수 저장공간(15)이 있으며, 이와 별도로 역세수 저장탱크(미도시)와 역세수 공급 펌프 및 콤프레샤 등을 설치할 수도 있다.

또한 여재층과 2중 스크린의 직접 세척시설로는 역세수 공급탱크로부터 고압수 공급호수(61)가 연결되고 최전방에 넓은 각도로 분사되는 살수노즐(62)이 있는 주사기형 고압살수봉(60)이 있다.

도 11은 주사기형 고압살수봉도이고 주사기형 고압살수봉은 길이 조정이 가능하도록 제작하고 손잡이(63)를 만들면 인력으로 역세척 작업을 쉽게 할 수 있으며 필요하면 여러개의 고압살수봉을 묶어서 자동화 시설로 설치할 수도 있다.

가동시간이 경과되어 여과수량이 줄어들어서 유지관리가 필요할 때에는 오염수 유입을 차단하거나, 오염수 유입이 종료된 후 침전 공간에 있는 물과 슬러지 등을 슬러지배출관(16)의 밸브를 열고 펌프 등으로 배출함으로서 여재층 상부 저장공간에 남아있던 여과수가 역류하여 여재층과 2중 스크린을 역세척하게 된다,

이때 세척이 충분하지 않으면 별도로 설치된 저장탱크의 여과수를 펌프로 저장공간(15)에 공급하여 계속 역세척하거나 침전공간에 물을 채워서 부상 여재들을 2중 스크린에서 어느 정도 띄운 상태에서 여재 유출 차단망 위에 사람이 서서 일부 차단망을 제거하고 여재층 속에 주사기형 고압살수봉을 꽂아서 상하 깊이를 변동하고 좌우를 이동하면서 여재층과 2중 스크린을 직접 세척한다.

본 발명은 특정한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서는 얼마든지 수정 및 변형 실시가 가능함은 물론이다.

10: 여과구조물
11: 유입관
12: 월류 유출관
13: 침전공간
14: 여과공간
15: 저장공간
16: 슬러지배출관
20: 5단계 점감 여과시설
21: 유입부
22: 유출부
30: 2중 스크린
31: 삼각막대 스크린
31a: 하부 삼각 막대
31b: 막대뿌리
31c: 연결덮개
31d: 덮개 조립구멍
31e: 하부 삼각 막대망의 망목
31f: 판 형태 격자망 조립구멍
32: 주름 스크린
32a: 상부 삼각 막대
32b: 상부 삼각 막대망
32c: 주름경사면
32d: 주름의 간격
32e: 판 형태 격자망
32f: 프레임
32g: 격자망 스크린의 높이
32h: 격자망의 망목
40: 다층여재층
41: 3단 대입도 구형 여재층
41a: 대입도 구형 여재
41b: 대입도 구형 여재의 공극
42: 4단 중입도 육면체형 여재층
42a: 중입도 육면체형 여재
42b: 중입도 육면체형 여재의 공극
43: 5단 소입도 육면체형 여재층
43a: 입도 1㎜~10㎜ 육면체형 여재
50: 여재 유출차단망
51: 차단망 골조
60: 주사기형 고압살수봉
61: 고압수 공급호스
62: 살수노즐
63: 손잡이

Claims (1)

1. 유입관과 유출관의 사이에 연결되어,
   상기 유입관으로 유입되는 오염수를 여과하여 상기 유출관으로 배출하는 여과구조물을 포함하는 여과장치로서,
   상기 여과구조물의 내부에는 스크린과 여재층이 설치되어 있되,
   상기 여재층은 아래에서 위로
   대입도 구형 여재층과 중입도 육면체형 여재층이 적층되어 구성되는 것을 특징으로 하는
   상향류 다단계 고속여과장치.

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