KR20170013000A - 다단 여과장치 및 여과방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다단 여과장치 및 여과방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다단으로 형성되어 점유공간이 감소되며, 원수가 각 단의 여과재에 의해 차례대로 여과되어 여과성능이 향상되는 다단 여과장치 및 여과방법에 관한 것이다.

Description

다단 여과장치 및 여과방법{Multi-stage Filtering Apparatus and Filtering Method}
본 발명은 다단 여과장치 및 여과방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다단으로 형성되어 점유공간이 감소되며, 원수가 각 단의 여과재에 의해 차례대로 여과되어 여과성능이 향상되는 다단 여과장치 및 여과방법에 관한 것이다.
부유물질(Suspended Solids; 부유물질)은 통상적으로 물에 함유된 0.1μ 이상의 작은 입자성분을 나타내는 용어로, 물 속에 다량 함유되어 있을 경우 심한 탁도를 유발하고 BOD, COD의 증가요인이 되기도 한다. 이러한 부유물질은 빗물에 의해 지표가 씻길 때, 저수지 내 번식하는 플랑크톤, 또는 도시하수나 공장폐수 등 대부분의 물에 함유되어 있다. 부유물질이 많이 들어있는 하수는 관로 내에 퇴적하여 물의 흐름을 방해하고 퇴적된 유기물이 부패하여 수질을 악화시킬 수 있으므로 반드시 제거해야 하는 오염물질이다.
한편, 부유물질은 입자크기로 분류하면 콜로이드 성분보다 조금 큰 상태로 존재하며 용존성 물질과는 반대로 물속에 부유된 상태로 존재한다. 부유물질 성분은 일정시간이 지나면 어느 정도 침전이 이루어지지만, 입자크기가 작아 침전속도가 매우 늦은 편이며, 따라서 물속에 함유된 부유물질을 제거하기 위해서 응집제를 사용하여 입자를 크게 뭉치게 하여 플록형태로 만들어 침전, 또는 부상방식에 의해 제거하거나 여과재를 이용하여 미량의 부유물질성분을 제거하는 방식이 일반적이다
통상적으로 여과시 부유물질은 여과재에 부유물질 성분이 걸러지면서 여과공정이 진행되지만, 일정시간이 경과하면 여과재 사이에 부유물질이 축적되어 여과재 막힘현상으로 처리유량이 감소되고 전체적으로 여과 효율이 떨어지게 된다. 이러한 경우 여과방향의 반대로 역세를 거쳐 여과재 사이에 걸린 부유물질을 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.
여과장치는 오염된 원수를 여과재를 통해 여과시켜 깨끗한 처리수로 만들어 공급하는 장치로서, 음용을 위한 식수뿐 아니라 상하수나 공장용수의 처리에 이르기까지 널리 사용되고 있다. 특히, 하천수나 공장폐수의 처리 또는 해수의 담수화 설비에 사용되는 여과장치는 처리수량의 확대와 수질의 개선을 위하여 점차 대형화되는 추세에 있다.
이러한 대용량의 수처리 용도로 사용되는 것으로 처리속도의 향상과 수질의 개선을 위해서 복수의 여과기를 배치하는 방법이 사용되는데 위와 같은 경우 점유공간이나 설치공간이 매우 커져서 부지가 많이 필요하거나 소요비용이 커진다는 문제점이 있다.
한편, 여과장치에 사용되는 여과재로는 과거 모래나 무연탄 등이 활용되었으나, 부유물질의 포획공간이 표층부근에 한정된다는 점, 폐색이 쉽게 일어난다는 점, 세척이 어렵다는 점 등의 문제점 때문에 다층여재필터(Dual Media Filter) 등이 개발되었다.
그런데, 다층여재필터의 경우에 있어서는 실질적으로 밀집되어 한 덩어리로 뭉쳐있는 형태로 구성되는 경우가 대부분이어서 다층에 따른 여과효과를 거두기는 어렵다는 문제점이 있다.
종합적으로, 부유물질을 효과적으로 제거하면서도 역세척이 효율적으로 이루어 질 수 있고 점유공간을 줄이면서도 경제적이고 효율적인 여과가 이루어 지는 여과장치를 개발해야 할 필요성이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 다단으로 형성되어 점유공간이 감소되며, 원수가 각 단의 여재에 의해 차례대로 여과되어 여과성능이 향상되는 다단 여과장치 및 여과방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 여과장치의 여과효율을 개선하기 위하여 부유물질을 사전에 응집제와 혼합 및 응집시키는 장치를 이용한 다단 여과장치 및 여과방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 역세척시 섬유볼 여재 내부의 오염물질 제거 효율을 높일 수 있는 다단 여과장치 및 여과방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과장치는 2개 이상의 단으로 구성된 용기; 및 상기 용기의 각 단에 여과층을 형성하는 여재;를 포함하고 상기 용기의 최상단 일측벽에 연결된 원수유입관을 통해 유입된 원수는 상기 최상단부터 하부 단까지 각 단의 여과층을 통과하여 아랫단으로 낙하하고, 마지막 단의 여과층을 통과하여 상기 마지막 단에 연결된 여과수배출관을 통해 빠져나가는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 용기의 최상부단을 제외한 각 단에 역세척수 또는 역세척 공기가 투입되는 역세척유입관이 구비되는 것이 바람직하며, 상기 용기의 각 단에는 여재 투입 및 배출을 위한 플랜지가 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 용기의 각 단에는 여재 상부공간이 존재하고 상기 여재 상부공간의 높이는 여과층의 높이보다 같거나 큰 것이 바람직하다.
그리고, 상기 각 단의 하면에 스트레이너 노즐이 다수개 결합되며, 역세척시 상기 여재에 순환류가 공급되어 상기 여재가 서로 섞이는 것이 바람직하며, 상기 용기의 최상부 단에 여과물질의 혼화응집을 촉진하는 장치가 추가로 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과방법은 2개 이상의 단으로 구성된 용기, 및 상기 용기의 각 단에 여과층을 형성하는 여재를 이용한 다단여과방법으로서 상기 용기의 최상단 일측벽에 연결된 원수유입관을 통해 원수를 유입하는 유입단계; 유입된 원수를 상기 최상단부터 하부 단까지 각 단의 여과층을 통과하여 아랫단으로 낙하하는 여과단계; 및 마지막 단의 여과층을 통과한 처리수를 마지막 단에 연결된 여과수 배출관을 통해 배출하는 처리수 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 용기의 각 단에 플랜지가 구비되고 상기 플랜지를 통해 상기 여재가 투입되어 여과를 수행하는 것이 바람직하며, 상기 용기의 각 단에는 여재 상부공간이 존재하고 상기 여재 상부공간의 높이는 여과층의 높이보다 같거나 큰 상태에서 여과를 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유입단계 전에, 상기 용기의 최상부 단에 설치된 혼화응집 장치를 이용하여 이물질의 혼화응집을 촉진하는 전처리 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다단형 여과장치를 이용한 역세척 방법은, 최상부단을 제외한 각 단의 역세청유입관 중 어느 하나 이상을 통해 역세척수를 투입하는 단계; 투입된 역세척수가 투입 단부터 상부 단 방향으로 스트레이너 노즐 및 각 단의 여과층을 통과하면서 여재 내 이물질을 제거하는 역세척 단계; 및 상기 이물질이 포함된 역세척수가 최상단에 연결된 원수유입구를 통해 배출하는 역세척수 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 역세척수 배출단계 후에, 역세척수를 상단으로부터 하단 방향으로 통과시켜 마지막 단에 연결된 여과수 배출관을 통해 배출함으로써 상기 여재내 수분을 제거하는 여재 압착 단계;를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과장치에 의하면 원수가 상부 단의 여재에 의해 1차로 여과되고, 각 하부단의 여재에 의해 순차적으로 여과되어 여과경로가 길어지며, 중층으로 된 여과층을 경유하게 되므로 여과성능이 향상되는 효과가 있다.
또한, 1개 용기 내에서 각 단을 구성하게 되므로 점유공간이 감소되는 효과가 있다. 또한, 각 하부단의 하면에 스트레이너 노즐이 설치되어 역세척시 상부단의 여재에 순환류가 공급되어 상기 여재가 서로 섞이게 되어 역세척을 효과적으로 수행할 수 있다.
또한, 용기의 최상부 단에 여과물질의 혼화응집을 촉진하는 장치를 설치하여 원수중의 부유물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 각 단의 여재 상부공간의 높이를 여과층의 높이보다 같거나 큰 상태에서 여과를 수행하여 여과효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 최상부단을 제외한 각 단의 투입구를 통해 역세척수를 투입하고 투입된 역세척수가 각 단의 여과층을 통과하면서 여재내 잔존 이물질을 제거함으로써 여과효율을 향상시키는 효과가 있다.
그리고, 이물질이 제거된 용기내 잔존 역세척수를 배출하여 여재를 압착함으로써 여과효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유볼 여재의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부단의 하면에 대한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과장치의 여과 과정의 작용도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과장치의 역세척 시의 부분 작용도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과장치의 여재에 대한 압착 과정의 작용도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 혼화응집장치를 포함하는 다단여과장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 혼화응집장치가 포함된 여과장치의 A-A´의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 혼화응집장치가 포함된 여과장치의 B-B´의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 혼화응집장치를 포함하는 다단여과공정을 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
본 발명의 실시예에 대한 설명 중에서 원수는 이동경로나 상태에 따라서 여과수나 처리수 또는 배출수 등으로 명칭이 변경되어 지칭될 수 있으며, 역세척수 또한 세척수 또는 배출수 등으로 변경되어 지칭될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과장치는 2개 이상의 단으로 구성된 용기; 상기 각 단에 여과를 위해 투입되는 여과재; 상기 여과재가 모여서 형성되는 여과층; 및 상기 용기의 최상단에 원수가 투입되는 원수유입관, 상기 용기의 최하단에 처리수가 배출되는 여과수배출관;를 포함하여 구성된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과장치의 단면도이다. 도 2는 섬유볼 여재의 단면도, 도 3은 하부단의 하면에 대한 평면도이다. 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 다단 여과장치의 용기(10)는 원통체로 형성되는 것이 바람직하다. 용기(10)는 복층 구조로 형성되며, 각단은 동일한 직경으로 형성될 수 있으며, 서로 연통된다.
상기 용기의 최상단의 상부 일측에는 원수(原水)가 유입될 수 있는 원수유입관(20)이 연결된다. 원수유입관(20)의 일부에는 원수 유입 제어밸브가 구비되어 원수의 유입량을 조절하게 된다.
최상부단을 제외한 각 단의 상부 일측에는 역세척수 또는 역세척용 공기가 유입될 수 있는 역세척유입관(30)이 연결된다. 역세척유입관(30)의 일부에는 역세척수 또는 역세척 공기 유입 제어밸브가 구비되어 공기의 유입량을 조절하게 된다. 또한 최상단의 경우는 원수유입관(20)을 통해 역세척수가 배출되며 이경우 원수유입관(20)과는 별도의 배관을 통해 배출된다.
상기 용기의 마지막 단의 하부 일측에는 여과수가 유출입될 수 있는 여과수배출관(40)이 연결된다. 여과수배출관(40)의 일부에는 여과수 유출입 제어밸브가 구비되어 여과수의 유출입량을 조절하게 된다. 또한 여과수배출관(40)에는 역세척수 또는 역세척용 공기가 유입될 수 있다. 상기 여과수배출관(40)에는 역세척수 또는 역세척 공기 유입 제어밸브가 구비되어 공기의 유입량을 조절할 수 있다.
여재는 각 단에 다수개로 구비되어 여과층을 형성한다. 상기 여과층에는 섬유볼 여재(50)가 사용될 수 있는데, 상기 섬유볼 여재는 솜 등으로 이루어진 구형의 다공성 필터로 각 단에서 부유물질을 여과시키는 역할을 하게 된다. 도 2와 같이 섬유볼 여재(50)는 단단하게 형성되는 심부(51)와 심부에 연결되어 두터운 섬유층을 형성하는 표체부(52)로 이루어질 수 있다. 섬유볼 여재(50)는 대략적으로 10~50mm 범위의 직경의 크기로 형성될 수 있다.
각 여과단의 하면(60)은 전체적으로 'U'자 형태로 형성되며 스트레이너 노즐(70)이 다수개 설치된다. 스트레이너 노즐(70)은 상부단을 통과한 여과수가 하부단에 골고루 분산되어 투입되도록 하는 한편 역세척시에는 상방으로 공기 또는 세척수를 분사하여 섬유볼 여재(50)가 섞일 수 있도록 한다. 바람직하게는 각단의 하면(60)은 중앙부(61)와 외곽부(62)로 나누어질 수 있다. 중앙부(61)는 평판으로 형성되어 스트레이너 노즐(70)이 설치되며, 외곽부(62)는 'V'자 형태로 외측 상방으로 경사지도록 형성된다. 이에 따라 스트레이너 노즐(70)에서 공기 또는 물이 분출될 때 중앙부(61)에서는 상측으로 향하고 외곽부(62)에서는 하측으로 향하는 순환류가 형성되어 섬유볼 여재(50)가 원활하게 섞이면서 골고루 세척되며, 섬유볼 여재(50)의 자리가 임의로 바뀌게 된다(도 5 참조). 즉, 여과층의 표층은 다수개의 섬유볼 여재(50)가 섞이면서 임의로 자리하게 되므로, 카트리지 필터에서와 같은 잦은 교체의 필요없이 장기간 여과 성능을 유지할 수 있게 된다.
또한, 외곽부(62)에는 슬롯(63)이 다수개 형성된다. 슬롯(63)이 형성되어 순환류의 순환을 돕게 되고, 여과시에도 여과수의 일부는 슬롯(63)을 통해 하부로 흐를 수 있도록 한다. 하면(13)의 최외곽부에는 나사결합을 위한 나사홈(64)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과장치의 작동에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 여과장치의 작동은 크게 세가지로 구분된다. 첫째는 원수를 여과처리하여 처리수로 만들어내는 작용이고, 둘째는 여재에 대한 역세척 작용이며 셌째는 역세척후 여재내 잔존 수분을 제거하는 압착 작용이다..
먼저, 도 4을 참조하여 원수를 여과처리하여 처리수로 만드는 과정을 설명하기로 한다.
원수 유입 제어밸브가 개방되어 원수유입관(20)을 통해 원수가 상기 용기의 최상단(11)에 유입된다. 원수는 원수유입관(20)의 외측에 형성된 펌프(미도시)를 통해 가압받아 상기 용기의 최상단(11) 내로 유입된다. 원수는 섬유볼 여재(50)로 형성된 여과층(12)을 통해 여과되며, 여과된 처리수는 각 단 하면에 설치된 스트레이너 노즐(70)을 통과하여 하부 단에 유입되어 섬유볼 여재(50)로 이루어진 여과층(12)의 표층에 고르게 분배된다. 각단의 여과층을 차례로 통과한 처리수는 여과수배출관(40)을 통해 배출된다. 이때 상기 용기의 각 단에는 여재 상부공간(13)이 존재하고 상기 여재 상부공간(13)의 높이는 여과층(12)의 높이보다 같거나 크게 유지하는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 여과층 높이 : 상부공간의 비가 1:1~2 인것이 바람직하다.
이때 여재 깊이별로 성능변화를 비교한 결과는 다음과 같다.
여재깊이(mm)
(여재/상부공간비)		 Turbity (NTU) TSS (mg/L)
원수 처리수 원수 처리수
0 (0) 2.46 0.53 5.2 3.2
500 (1:3) 1.96 0.29 6.0 1.6
1,000 (1:1) 2.04 0.20 5.6 0.8
1,500 (3:1) 2.01 0.25 6.0 4.3
<여재 깊이별 성능 변화>
다음으로, 도 5를 참조하여 여재(50)에 대한 역세척 작용에 대하여 설명하기로 한다.
원수 유입 제어밸브를 닫고 여과수 유출입 제어밸브를 개방한다. 여과수배출관(40) 또는 역세척유입관(30)을 통해 유입된 처리수는 스트레이너 노즐(70)에서 분사되어 여재를 세척하게 된다. 이때, 하부단 하면의 중앙부(61)에서 분사되는 물줄기에 의해 하부단에서는 중앙부(61)에서 상향하여 외곽부(62)로 하향하는 순환류가 형성된다. 여재는 이 순환류에 의해 서로 섞이면서 골고루 세척이 일어나게 된다. 하부단의 내부가 만수되어 상부단으로 이동한 세척수는 상부단의 여재(50)를 세척하게 되며, 하부단 에서 상부단 방향으로 차례로 각 단의 여재(50)를 세척한 세척수는 최상단의 원수유입관(20)을 통해 배출되게 된다.
또한, 가압공기가 여과수배출관(40) 또는 역세척유입관(30)을 통해 상부단(11)에 유입되고, 이 공기는 스트레이너 노즐(70)를 통해 상방으로 분사된다. 상방으로 분사되는 공기는 상부단에 적층된 여재를 순환시켜 세척이 보다 효율적으로 일어나도록 돕는다. 이에 따라, 여재에 대한 세척이 효과적으로 일어나 여과성능을 개선하게 되며 사용연한 및 수명을 증대시키는 효과를 가져오게 된다.
다음으로, 도 6을 참조하여 여재에 대한 역세척후 압착 작용에 대하여 설명하기로 한다.
역세척을 통해 여재네 부유물질 및 불순물을 제거한후 여과수 유출입 제어밸브를 개방한다. 용기내 잔존 처리수는 최상부단부터 각단 하부의 스트레이너 노즐(70)을 통과하여 하부단으로 이동하며 마지막 단까지 통과한후 여과수배출관(40)을 통해 배출된다. 이때, 여재 및 용기내 수분이 최소화 되도록 여재의 압착을 유도한다.
이하에서는 본발명의 일 실시예에 따른 무동력 혼화응집조를 포함한 다단 여과장치에 관하여 상세히 설명하고자 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 혼화응집조를 포함한 여과장치를 도시한 모식도로서, 좀 더 상세하게는 원수에 응집제를 투입하여 미립자를 응집시켜 플록(floc)을 형성 및 성장시키는 혼화응집조(100), 원수에 포함된 플록을 내부에 충진된 여재(50)를 이용해 여과하여 제거시키는 용기(10)를 포함하는 여과장치(Media filter)에 있어서, 상기 혼화응집조(100)는 종래의 기계식 혼화응집조(100)의 기능을 대신하도록 내부 공간에 제1 난류형성 유도체(111)가 충진되어 투입된 원수에 1차적으로 플록을 형성시키기 위한 고속 난류를 발생시키는 제1 혼화응집부(110) 및 내부 공간에 제2 난류형성 유도체(121)가 충진되어 상기 제1 혼화응집부(110)를 통과한 원수에 2차적으로 플럭을 성장시키기 위한 상기 제1 혼화응집부(110)에 비해 낮은 속도의 완속 난류를 발생시키는 제2 혼화응집부(120)를 포함됨으로써 별도의 교반동력 없이 무동력으로 원수에 포함된 미립자를 난류에 의해 내부에서 순환시키면서 응집제와 서로 접촉하여 일정 크기로 응집되도록 하는 것을 특징으로 한다. 상기 혼화응집조(100)는 원수가 용기(10)로 이송되어지는 공급채널(300) 내에 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명의 무동력 혼화응집조를 포함한 여과장치는 공급채널(300)을 통해 외부로부터 원수를 공급받을 수 있고, 상기 공급채널(300)은 외부로부터 처리 대상물인 원수가 유입되는 유입채널(310)과 유입된 원수를 상기 용기(10)로 각각 공급시키는 분배채널(320)을 포함할 수 있다.
제1 혼화응집부(110)는 유입채널(310) 내부에 구비되고, 제2 혼화응집부(120)는 분배채널(320) 내부에 구비될 수 있는데, 상기 제1 혼화응집부(110)와 제2 혼화응집부(120) 간의 상이한 난류강도를 유지하기 위하여 상기 유입채널(310)과 분배채널(320)을 구획하는 격벽이 구비되어, 상기 유입채널(310)을 통과한 원수는 격벽을 통하여 낙차에 의해 분배채널(320)로 공급되는 것이 바람직하다.
도 8 및 도 9를 살펴보면, 상기 유입채널(310)에는 내부 공간을 구획하도록 상기 유입채널(310)의 저면으로부터 일정 거리 이격된 위치에서 저면과 수직되게 설치되는 제1 격벽(311)이 마련되고, 상기 제1 격벽(311)을 통해 구획된 상기 유입채널(310) 내부 공간 각각에 모두 상기 제1 난류형성 유도체(111a, 111b)가 충진되어, 유입된 원수가 상기 제1 난류형성 유도체(111a)를 하향류로 통과한 후 다시 상향류로 상기 제1 난류형성 유도체(111b)를 통과하여 상기 분배채널(320)로 이송될 수 있다.
제1 혼화응집부(100)는 발생되는 난류에 의해 상기 원수에 포함된 미립자가 순환되면서 응집제와 상호결합하여 플럭(floc)을 형성시킬 수 있는 수밀한 공간으로서, 상기 하향류 방향 및/또는 상향류 방향에 각각 제1 난류형성 유도체(111)가 구비될 수 있고, 상기 제1 혼화응집부(110) 상부측 영역에는 원수가 유입되는 유입관이 포함될 수 있다.
상기 유입관을 통해 직선 수류의 형태로 유입되는 원수는 제1 혼화응집부(110) 내부에 충진된 제1 난류형성 유도체(111)를 통과하면서 급속난류를 형성하게 되고, 발생된 난류로 인하여 원수에 포함된 미립자와 응집제가 서로 접촉하면서 플록이 형성된다. 상기 제1 난류형성 유도체(111)는 메쉬(Mesh)타입의 재료가 여러 겹 적층된 형태이거나, 복수 개의 섬유다발이 서로 얽혀 있는 형태로 바람직하게는 상기 홀이 형성된 메쉬 타입의 재료와 인접한 메쉬타입의 재료 간에 홀이 수직방향으로 일치되지 않도록 비대칭으로 적층될 수 있다. 상기 메쉬타입의 재료 간의 홀이 수직방향으로 비대칭으로 적층되어 있으므로 중력에 의해 원수가 메쉬타입의 재료를 통과하면서 난류를 발생시킬 수 있고, 상기 홀의 크기에 따라 발생되는 난류의 속도를 제어할 수 있다.
상기 제1 혼화응집부(110)를 통과한 처리수가 낙차에 의해 분배채널(320)로 이송되어 지면, 상기 분배채널(320) 내부에 구성된 제2 혼화응집부(120)를 통과하거나 제2 혼화응집부(120)의 하류측 방향으로 평행하게 구획된 우회유로(322)를 통과하여 용기(10)로 이송 되어진다.
상기 분배채널(320)은 상기 분배채널(320) 내 상기 제2 혼화응집부(120)가 구비된 메인유로(321) 및 이와 평행하게 별도로 마련되는 우회유로(322); 상기 메인유로(321)와 우회유로(322)를 구획하는 제2 격벽(323); 및 상기 메인유로(321)로 유입된 처리수를 상기 우회유로(322)로 이송시키기 위하여 상기 제2 격벽(323) 상에 구비되는 적어도 하나 이상의 수문(324)이 포함될 수 있는데, 상기 분배채널(320) 내부에 제2 혼화응집부(120)와 우회유로(322)를 구획하기 위한 제2 격벽(323)의 수문(324)을 통하여 상기 원수의 상태 따라서 제2 혼화응집부(120)에 구비된 복수 개의 폴링 타입의 재료가 충진된 단의 통과하는 흐름을 제어할 수 있다.
상기 제2 혼화응집부(120)는 제1 혼화응집부(110)를 통과한 처리수가 제2 난류형성 유도체(121)를 통과하면서 발생된 완속난류로 인하여 상기 처리수에 포함된 플록을 성장시키는 공간으로서, 하류측 영역에는 플럭이 포함된 처리수를 여과할 수 있는 용기(10)와 연통될 수 있다.
상기 제1 혼화응집부(110)의 급속난류 및 제2 혼화응집부(120)의 완속난류의 속도는 특별히 제한되지 않고, 각각의 제1 혼화응집부(110) 및 제2 혼화응집부(120) 내의 난류강도의 상대적인 차이로 정의될 수 있다.
상기 제2 난류형성 유도체(121)는 복수 개의 폴링(Pall Ring) 타입의 재료가 충진된 형태로, 바람직하게는 상기 복수 개의 폴링 타입의 재료가 충진된 단이 분리된 형태로 복수 개의 단으로 나란히 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 폴링 타입의 재료가 충진된 단이 복수 개의 단으로 나란히 배치된 형태의 제2 혼화응집부(120)는 원수의 상태에 따라서 복수 개의 단의 개수를 제어하여 사용할 수 있으며, 상기 복수 개의 단은 각각이 분리된 형태로 하류측 영역으로 갈수록 충전밀도(Packing Density)를 작게하는 것이 바람직하다. 이는 충전밀도가 낮아질수록 난류속도가 떨어져 플록이 좀 더 크게 성장시킬 수 있기 때문이다.
본 발명의 무동력 혼화응집조가 포함된 여과장치는 수처리를 필요로 하는 원수의 상태에 따라서 제2 혼화응집부(120)의 복수 개의 단의 수를 조절하거나, 우회유로(322)를 통해 흐름을 제어할 수 있다.
좀 더 상세하게는 제1 혼화응집부(110)를 거친 처리수에 포함된 응집된 플럭의 크기가 용기(10)에 충분한 크기로 성장한 경우, 제2 혼화응집부(120)의 복수 개의 단을 경유하지 않고 우회유로(322)를 통하여 용기(10)로 향하는 제1 흐름과 제1 혼화응집부(110)에서 제2 혼화응집부(120)의 복수 개의 단을 일부만 경유하고 제2 격벽(323)에 포함된 수문(324)을 통하여 우회유로(322)로 이송되어 용기(10)로 향하는 제2 흐름과 제1 혼화응집부(110) 및 제2 혼화응집부(120)를 거쳐 용기(10)로 향하는 제3 흐름을 선택하여 제어할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 여과물질의 혼합응집장치의 작동에 대하여 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 혼화응집조(100)를 포함하는 다단여과공정에 대한 것으로서, 좀 더 상세하게는 원수에 투입된 응집제와 원수 내 미립자를 응집시켜 플록(floc)을 형성 및 성장시키기 위한 혼화응집조에 있어서, 종래의 기계식 혼화응집조의 기능을 대신하도록 내부 공간에 제1 난류형성 유도체(111)가 충진되어 투입된 원수에 1차적으로 플록을 형성시키기 위한 고속난류를 발생시키는 제1 혼화응집부(110) 및 내부 공간에 제2 난류형성 유도체(121)가 충진되어 상기 제1 혼화응집부를 통과한 원수에 2차적으로 플록을 성장시키기 위한 상기 제1 혼화응집부에 비해 낮은 속도의 완속 난류를 발생시키는 제2 혼화응집부(120)가 포함됨으로써 별도의 교반동력 없이 무동력으로 원수에 포함된 미립자를 난류에 의해 내부에서 순환시키면서 응집제와 서로 접촉하여 일정 크기로 응집되도록 하는 무동력 혼화응집조가 도시되어 있다.
상기 무동력 혼화응집조(100)를 통과한 원수는 여재가 충전되어 여과층을 형성하는 다단여과장치(10)로 투입되며 각 단을 통과한후 여과수 배출관(40)을 통해 배출된다.
이상의 모든 실시예에서 각 밸브의 조절 및 길이조절수단의 운동은 전기전자적인 방법에 의해 제어될 수 있도록 별도로 제어부를 구성하여 실시할 수 있음은 물론이다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.
10 : 용기 11 : 상부단
12 : 여과층 13 : 여재 상부공간
20 : 원수유입관 30 : 역세척유입관
40 : 여과수배출관 50 : 섬유볼 여재
51 : 심부 52 : 표체부
60 : 여과단 하면 61: 여과단 하면 중앙부
62: 여과단 하면 외곽부 63 : 슬롯
64 : 나사홈 70 : 스트레이너 노즐
100 : 혼화응집장치 110 : 제1 혼화응집부
111 : 제1 난류형성 유도체 120 : 제2 혼화응집부
121 : 제2 난류형성 유도체 300 : 공급채널
310 : 유입채널 311 : 제1 격벽
320 : 분배채널 321 : 메인유로
322 : 우회유로 323 : 제2 격벽
324 : 수문

Claims (12)

  1. 2개 이상의 단으로 구성된 용기; 및
    상기 용기의 각 단에 여과층을 형성하는 여재;를 포함하고
    상기 용기의 최상단 일측벽에 연결된 원수유입관을 통해 유입된 원수는 상기 최상단부터 하부 단까지 각 단의 여과층을 통과하여 아랫단으로 낙하하고, 마지막 단의 여과층을 통과하여 상기 마지막 단에 연결된 여과수배출관을 통해 빠져나가는 것을 특징으로 하는 다단형 여과장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용기의 최상부단을 제외한 각 단에 역세척수 또는 역세척 공기가 투입되는 역세척유입관이 구비되는 것을 특징으로 하는 다단형 여과장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용기의 각 단에 여재 투입 및 배출을 위한 플랜지가 설치되는 것을 특징으로 하는 다단형 여과장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용기의 각 단에는 여재 상부공간이 존재하고 상기 여재 상부공간의 높이는 여과층의 높이보다 같거나 큰 것을 특징으로 하는 다단형 여과장치.
  5. 제1항에 있어서, 각 단의 하면에 스트레이너 노즐이 다수개 결합되며, 역세척시 상기 여재에 순환류가 공급되어 상기 여재가 서로 섞이게 되는 것을 특징으로 하는 다단형 여과장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 용기의 최상부 단에 여과물질의 혼화응집을 촉진하는 장치를 설치하는 것을 특징으로 하는 다단형 여과장치.
  7. 2개 이상의 단으로 구성된 용기, 및 상기 용기의 각 단에 여과층을 형성하는 여재를 이용한 다단여과방법으로서,
    상기 용기의 최상단 일측벽에 연결된 원수유입관을 통해 원수를 유입하는 유입단계;
    유입된 원수를 상기 최상단부터 하부 단까지 각 단의 여과층을 통과하여 아랫단으로 낙하하는 여과단계; 및
    마지막 단의 여과층을 통과한 처리수를 마지막 단에 연결된 여과수 배출관을 통해 배출하는 처리수 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 여과방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 용기의 각 단에 플랜지가 구비되고 상기 플랜지를 통해 상기 여재가 투입되어 여과를 수행하는 것을 특징으로 하는 다단 여과방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 용기의 각 단에는 여재 상부공간이 존재하고 상기 여재 상부공간의 높이는 여과층의 높이보다 같거나 큰 상태에서 여과를 수행하는 것을 특징으로 하는 다단 여과방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 유입단계 전에, 상기 용기의 최상부 단에 설치된 혼화응집 장치를 이용하여 이물질의 혼화응집을 촉진하는 전처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 여과방법.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 다단형 여과장치를 이용한 역세척 방법에 있어서,
    최상부단을 제외한 각 단의 역세청유입관 중 어느 하나 이상을 통해 역세척수를 투입하는 단계;
    투입된 역세척수가 투입 단부터 상부 단 방향으로 스트레이너 노즐 및 각 단의 여과층을 통과하면서 여재 내 이물질을 제거하는 역세척 단계; 및
    상기 이물질이 포함된 역세척수가 최상단에 연결된 원수유입구를 통해 배출하는 역세척수 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 역세척 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 역세척수 배출단계 후에, 역세척수를 상단으로부터 하단 방향으로 통과시켜 마지막 단에 연결된 여과수 배출관을 통해 배출함으로써 상기 여재내 수분을 제거하는 여재 압착 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 역세척 방법.
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