KR20190025327A - 역세형 다층여과 필터 및 이를 이용한 여과방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두 개의 층으로 분리된 필터를 포함하며, 필터 사용 후 재생이 필요한 경우, 역세척 수단을 이용하여 필터를 재생할 수 있어 여과 효율이 높으며, 필터의 재생이 용이하여 장기간 사용할 수 있는 역세형 다층여과 필터 및 이를 이용한 여과방법에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 필터 및 필터 홀더가 내장되는 중공형의 하우징; (b) 상기 하우징 상부에 위치하며, 여과과정에서는 원수가 유입되며, 역세과정에서는 세척수가 배출되는 유입구; (c) 상기 하우징의 내부에 위치하고, 제1필터여재와 제2 필터여재를 분리하며, 여과과정 또는 역세과정에서 유체의 흐름에 따라 상기 하우징의 내부를 상하로 이동하는 유동형 필터 홀더; (d) 상기 필터홀더의 상부에 위치하는 제1 필터여재; (e) 상기 필터홀더의 하부에 위치하는 제2 필터여재; (f) 상기 하우징의 하부에 위치하며, 여과과정에서는 처리수가 배출되며, 역세과정에서는 세척수가 유입되는 처리수 배출구; 및 (g) 상기 처리수 배출구의 일측면에 위치하며, 역세과정에서 세척용 공기를 공급하는 에어공급수단을 포함하는 역세형 다층여과 필터를 제공한다.한다.

Description

역세형 다층여과 필터 및 이를 이용한 여과방법{Backflush Type Multi-Layer Filter And Filtration Method Using The Same}
본 발명은 역세형 다층여과 필터 및 이를 이용한 여과방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 두 개의 층으로 분리된 필터를 포함하며, 필터 사용 후 재생이 필요한 경우, 역세척 수단을 이용하여 필터를 재생할 수 있어 여과 효율이 높으며, 필터의 재생이 용이하여 장기간 사용할 수 있는 역세형 다층여과 필터 및 이를 이용한 여과방법에 관한 것이다.
일반적으로, 아파트, 유원지, 고궁 또는 골프장 등에 조성되는 연못들은 자연미를 창출하기 위하여 인공적으로 조성되는 것으로, 물이 저수되고 여기에 수생식물이나 어류 등이 생존할 수 있는 생태연못 형태로 조성된다. 생태연못의 경우, 물이 고여 있는 상태에 있기 때문에 용존산소 농도가 낮아지고 녹조발생의 우려가 높아지는 문제점이 발생할 수 있다.
생태연못은 유지용수로 상수, 지하수 및 하천수를 이용하는데 상수의 경우 지속적인 공급을 위해 비용적인 부담이 증가하고, 지하수 및 하천수의 경우 여건에 따라 공급의 어려움이 있다. 한편, 근래에는 빗물을 이용하여 생태연못의 유지용수를 공급하는 방법이 이용되는 경우가 있으나, 초기오염 우수 등에 의한 생태연못의 수질 악화를 초래할 수 있어 전 처리장치 등의 추가적인 설비 적용으로 비용적인 부담이 증가될 수 있다.
이에 따라 생태연못의 다양한 정화방법이 이용되고 있으며, 그 일예가 생태연못의 물을 주기적으로 교체해 주는 방법이다. 그러나 생태연못의 물을 주기적으로 교체하는 경우에 소비되는 물의 양이 너무 많기 때문에 수자원을 낭비하게 되며, 관리비가 많이 소요되는 문제점이 발생하게 된다.
생태연못의 오염을 방지하기 위해 실시하고 있는 또 다른 방법으로는 생태연못에 화학약품을 투입하는 화학적인 처리방법이 있다. 이러한 화학적인 처리방법은 고분자응집제, 광합성억제제, 살조제 등의 화학약품을 연못에 투입하여 오염원을 제거하는 방법이나, 이는 화학약품을 지속적으로 투여해야 하기 때문에 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라, 작업이 번거로우며, 화학적인 약품에 의해 오히려 연못의 수질이 오염되는 문제가 있었다.
이러한 이유로 한국등록특허 제10-1088385호에서는 자연형 연못 정수 시스템을 개시한 바 있다. 개시되어 있는 자연형 연못 정수시스템에서는 연못정화를 위해 하부로부터 자연자갈층, 제올라이트층 및 왕사층의 여과재가 순차적으로 적층형성되어 수질을 관리할 수 있는 방법에 대해서 개시한 바 있다.
하지만, 이러한 수처리창치는 사용 시간이 지남에 따라 여과재에 지속적으로 이물질이 쌓여 생태연못의 물순환 기능 및 여과 기능을 떨어트리고, 녹조류 및 부유 물질이 부상되어 이를 빈번히 부상된 물질을 걷어내 주어야 하는 관리상의 불편함이 있으며, 제올라이트 등에서는 이온교환 능력이 현저히 떨어져 오염물질이 그대로 유출되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 두 개의 층으로 분리된 필터를 포함하며, 필터 사용 후 재생이 필요한 경우, 역세척 수단을 이용하여 필터를 재생할 수 있어 여과 효율이 높으며, 필터의 재생이 용이하여 장기간 사용할 수 있는 역세형 다층여과 필터 및 이를 이용한 여과방법을 제공하고자 한다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 제1양태에 의한 본 발명은 (a) 필터 및 필터 홀더가 내장되는 중공형의 하우징; (b) 상기 하우징 상부에 위치하며, 여과과정에서는 원수가 유입되며, 역세과정에서는 세척수가 배출되는 유입구; (c) 상기 하우징의 내부에 위치하고, 제1필터여재와 제2 필터여재를 분리하며, 여과과정 또는 역세과정에서 유체의 흐름에 따라 상기 하우징의 내부를 상하로 이동하는 유동형 필터 홀더; (d) 상기 필터홀더의 상부에 위치하는 제1 필터여재; (e) 상기 필터홀더의 하부에 위치하는 제2 필터여재; (f) 상기 하우징의 하부에 위치하며, 여과과정에서는 처리수가 배출되며, 역세과정에서는 세척수가 유입되는 처리수 배출구; 및 (g) 상기 처리수 배출구의 일측면에 위치하며, 역세과정에서 세척용 공기를 공급하는 에어공급수단을 포함하는 역세형 다층여과 필터를 제공한다.
상기 역세형 다층여과 필터는 상기 제1 필터여재의 상부에 여재압착홀더를 추가로 포함하며, 상기 제2필터여재의 하부에 고정형 필터홀더를 추가로 포함할 수 있다.
상기 역세형 다층여과 필터는 상기 유입구의 하부에 여재유출방지 스크린을 추가로 포함하며, 상기 제2필터여재의 하부에 고정형 필터홀더를 추가로 포함할 수 있다.
상기 역세형 다층여과 필터는 여과과정에서 원수의 유입시 상기 유동형 필터홀더가 상기 처리수 배출구 방향으로 이동하여 상기 제1필터여재 및 제2필터여재가 압축되며, 역세과정에서 세척수 유입시 상기 유동형 필터홀더가 유입구 방향으로 이동하여 제1필터여재 및 제2필터여재가 팽창할 수 있다.
상기 제1필터여재 또는 제2 필터여재는 마이크로 필터, 마이크로섬유필터, 다공형 필터 및 구상형 필터의 군에서 선택되는 1종 이상 일 수 있다.
상기 제1 필터여재는 상기 제2 필터여재에 비하여 큰 직경을 가질 수 있다.
또한 제2양태에 의한 본 발명은 역세형 다층여과 필터를 포함하는 역세형 여과 시스템을 제공한다.
상기 여과 시스템은, 수원으로부터 공급되는 원수에서 설정된 비중의 부유물을 제거하여 1차 여과수를 형성하는 이물질 제거부; 상기 1차 여과수를 여과하여 제2여과수를 형성하는 상기 역세형 다층여과 필터를 포함하는 역세형 여과부; 상기 2차 여과수와 공기 투입부로부터 투입된 공기를 혼합하여 상기 2차 여과수의 용존산소 농도를 증가시켜 3차 여과수를 형성시키는 산소 교반부; 및 상기 3차 여과수에 미생물을 투입하여, 정화수를 형성하는 미생물 투입부;를 포함하며, 상기 산소 교반부는, 상기 2차 여과수를 상기 미생물 투입부로 이동시키는 급수관을 포함하며, 상기 급수관 내에는, 상기 2차 여과수의 이동방향을 따라 연속해서 배치되는 제1 부재와 제2 부재가 연속해서 배치되고, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재는 서로 다른 각도로 비틀어져 배치될 수 있다.
또한 제3양태에 의한 본 발명은 (i) 상기 역세형 다층여과 필터의 유입구에 원수를 공급하는 단계; (ii) 상기 원수의 공급압력에 의하여 하우징 내부에 위치하는 제1필터여재, 유동형 필터홀더 및 제2필터여재가 압축되며, 원수 내부의 이물질을 여과하여 처리수를 배출하는 단계; (iii) 상기 여과가 완료된 이후 처리수의 배출구로 세척수를 공급하며, 에어공급수단으로 세척용 공기를 공급하는 단계; 및 (iv) 상기 공급되는 세척수 및 세척용 공기의 압력에 의하여 하우징 내부에 위치하는 제1필터여재, 유동형 필터홀더 및 제2필터여재가 팽창하며, 상기 제1필터여재 및 제2필터여재에 흡착된 이물질을 상기 세척수 및 세척용 공기와 함께 상기 유입구로 배출하는 단계를 포함하는 역세형 다층여과 필터를 이용한 여과방법을 제공한다.
본 발명에 의한 역세형 다층여과 필터 및 이를 이용한 여과방법은 여과과정이후 역세척을 이용하여 필터를 세척하며, 다층을 필터를 가지고 있어 높은 효율을 보임과 동시에 장기간 사용가능하므로, 산업용 필터, 가정용 필터, 소형 정수시설 및 비상상황 대비용의 용도로 사용가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 역세형 다층여과 필터의 여과시 모습을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 역세형 다층여과 필터의 역세시 모습을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 물보다 낮은 비중을 가지는 필터여재를 포함하는 역세형 다층여과 필터를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 물보다 높은 비중을 가지는 필터여재를 포함하는 역세형 다층여과 필터를 도시한 것이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1양태에 의한 본 발명은 (a) 필터 및 필터 홀더가 내장되는 중공형의 하우징(10); (b) 상기 하우징(10) 상부에 위치하며, 여과과정에서는 원수(30)가 유입되며, 역세과정에서는 세척수(35)가 배출되는 유입구(40); (c) 상기 하우징(10)의 내부에 위치하고, 제1필터여재(20)와 제2 필터여재(21)를 분리하며, 여과과정 또는 역세과정에서 유체의 흐름(31, 34)에 따라 상기 하우징(10)의 내부를 상하로 이동하는 유동형 필터 홀더(11); (d) 상기 유동형 필터홀더(11)의 상부에 위치하는 제1 필터여재(20); (e) 상기 유동형 필터홀더(11)의 하부에 위치하는 제2 필터여재(21); (f) 상기 하우징(10)의 하부에 위치하며, 여과과정에서는 처리수(32)가 배출되며, 역세과정에서는 세척수(33)가 유입되는 처리수 배출구(41); 및 (g) 상기 처리수 배출구(41)의 일측면에 위치하며, 역세과정에서 세척용 공기(44)를 공급하는 에어공급수단(42)을 포함하는 역세형 다층여과 필터에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역세형 다층여과 필터의 여과시 내부를 도시한 것이고 도 2는 역세시 내부를 도시한 것이다. 도3은 다공성 필터를 제1필터여재로 사용한 것을 도시한 것이며, 도 4는 구형 필터를 제1필터여재로 사용한 것을 도시한 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
상기 하우징(10)은 상기 필터의 구성요소를 내부에 포함하여 필터의 본체 외피를 이루는 부분으로 내부를 통과하는 유체가 외부로 유출되지 않도록 비투과성 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 또한 상기 하우징(10)은 유체의 압력에 의한 파손을 방지하기 위하여 원통형으로 제작되는 것이 바람직하지만, 압력이 낮을 경우에는 사각형, 삼각형, 육각형등의 각진 형상으로 제작할 수도 있다. 상기와 같이 각진 형상으로 제작하는 경우 원통형에 비하여 공극률이 낮도록 적재할 수 있어 운반시 부피가 줄어들 수 있으며, 단위 면적당 설치 가능한 필터의 수량이 늘어나 단위면적당 처리 용량을 높일 수 있다.
아울러 상기 하우징(10)은 여과 또는 역세과정에서 유체의 압력을 견딜 수 있으며, 유체의 오염물을 제거할 수 있도록 적절한 두께, 직경 및 길이로 제작될 수 있으며, 바람직하게는 두께 1mm~100mm 직경 3mm~500mm 및 길이 10mm~5000mm로 제작될 수 있다.
상기 유입구(40)는 상기 하우징(10) 상부에 위치하며, 여과과정에서는 원수(30)가 유입되며, 역세과정에서는 세척수(35)가 배출되는 곳으로, 하우징(10)이 세워져서 설치되는 경우 하우징(10)의 상부에 위치할 수 있지만, 하우징(10)이 수평으로 설치되는 경우에는 하우징(10)의 일 측면에 위치할 수 있다. 또한 상기 유입구(40)에는 외부 유입관과 연결할 수 있는 커플러를 설치하여 외부 유입관과의 연결을 원활하게 할 수 있으며, 외부 유입관을 분리하는 경우 유체의 유출을 최소화 할 수 있다.
상기 유동형 필터 홀더(11)는 상기 하우징(10)의 내부에 위치하며, 제1필터여재(20)와 제2필터여제(20)를 공간적으로 분리하는 역할을 수행한다. 제1필터여재(20)와 제2필터여재(21)가 동일한 필터가 사용되는 경우에는 상기 유동형 필터 홀더(11)가 사용되지 않을 수 있지만, 제1필터여재(20)와 제2필터여제(21)의 크기가 상이하거나 사용되는 물질이 상이한 경우에는 각 필터여재가 혼합되지 않도록 공간적으로 분리되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제1필터여재(20)와 제2필터여제(21)의 사이에 상기 유동형 필터 홀더(11)를 설치하여 상기 제1필터여재(20)와 제2필터여제(21)가 서로 혼합되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이때 상기 유동형 필터 홀더(11)는 유체의 흐름이 원활하도록 다공성을 가질 수 있으며, 이때 기공의 직경은 상기 제1필터여재(20) 및 제2필터여제(21)의 혼합을 방지하기 위하여 제1필터여재 및 제2필터여제의 크기보다 작은 것이 바람직하다.
일반적으로 여과시에는 필터가 압축되어야 하며, 세척시에는 필터가 팽창되어야 효율이 높아진다. 또한 상기 유동형 필터 홀더(11)가 고정되어 설치되는 경우 필터의 압축효율이나 팽창효율이 떨어질 수 있으므로 여과과정 또는 역세과정에서 유체의 흐름에 따라 상기 하우징의 내부를 상하로 이동하는 유동형 필터 홀더(11)를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
아울러 역세형 다층여과 필터는 상기 제1 필터여재(20)의 상부에 여재압착홀더(13)를 추가로 포함하며, 상기 제2필터여재(21)의 하부에 고정형 필터홀더(12)를 추가로 포함할 수 있다. 위에서 살펴본 바와 같이 상기 필터여재는 원수의 유입시에는 압착되어야 하며, 세척수의 유입시에는 팽창되어야 한다. 따라서 상기 역세형 다층여과 필터는 상기 제1 필터여재(20)의 상부에 여재압착홀더(13)를 추가로 포함하며, 상기 제2필터여재(21)의 하부에 고정형 필터홀더(12)를 추가로 포함할 수 있다. 특히 제1필터여재가 물보다 비중이 낮은 재질을 사용하는 경우, 물의 상부에 위치하며, 물에 의하여 유동하게 되어 여과효율이 감소할 수 있으므로, 상기 여재압착홀더를 이용하여 압착하여 사용하는 것이 바람직하다(도 3). 이때 상기 여재압착홀더는 여과시 수압에 의하여 상기 제1필터여재를 압착하며, 추가적인 압착이 필요한 경우에는 압착수단을 이용하여 상기 여재압착홀더를 압착하여 사용하는 것도 가능하다.
또한 상기 제1 필터여재가 물보다 비중이 높은 경우에는 상기 여재압착수단이 없이도 여과가 가능하므로 역세시 필터여재의 배출을 방지하기 위한 여재유출방지스크린(15)를 설치하여 사용할 수도 있다(도4).
상기 여재압착홀더(13)는 상기 제1필터여재(20)의 상부에 위치하며, 상기 원수의 유입시 원수의 압력(31)으로 인하여 상기 제1필터여재(20)의 상부를 효과적으로 압착할 수 있다. 또한 역세시에는 이와는 반대로 세척수의 이동(34)에 따라 유입관(40) 방향으로 이동하여 상기 필터여재가 팽창될 공간을 제공할 수 있다. 하지만 상기 고정형 필터홀더(12)는 필터여재의 배출을 방지하는 역할을 수행할 뿐으로 상기 고정형 필터홀더(12)는 하우징(10)에 고정되어 설치되므로 원수 또는 세척수의 유입에 따라 이동하지 않는 것이 바람직하다.
아울러 상기와 같이 이동형 필터홀더(13) 및 고정형 필터홀더(12)가 설치된 경우에는 상기 역세형 다층여과 필터는 여과과정에서 원수의 유입시(30) 상기 여재압착홀더(13), 및 유동형 필터홀더(11)가 상기 처리수 배출구(41) 방향으로 이동하여 상기 제1필터여재(20) 및 제2필터여재(21)가 압축되며, 역세과정에서 세척수 유입(33)시 상기 여재압착홀더(13) 및 유동형 필터홀더(11)가 유입구(40) 방향으로 이동하여 제1필터여재(20) 및 제2필터여재(21)가 팽창될 수 있다.
상기 제1 필터여제(20)는 상기 유동형 필터홀더(11)의 상부에 위치하는 필터여재로 여과시 하우징(10) 내로 유입된 원수(30)를 1차적으로 여과하는 역할을 수행한다. 따라서 상기 제1 필터여재(20)는 포어(pore)사이즈가 하기의 제2 필터여재(20) 보다 크거나 같은 것이 바람직하며, 1~100㎛의 포어 사이즈를 가지는 것이 더욱 바람직하다. 또한 상기 제1 필터여제(20)는 제2 필터여재(21)와의 혼합을 방지하기 위하여 상기 유동형 필터홀더(11)의 기공 크기보다 큰 것을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 제1 필터여재(20)는 마이크로 필터, 마이크로섬유필터, 다공형 필터 및 구상형 필터의 군에서 선택되는 1종 이상의 여재를 사용할 수 있으며, 여재의 크기(직경)는 제2 필터여재(21)보다 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다. 제2 필터여재(21)와 같거나 작은 크기를 가지는 필터여재를 사용하는 경우, 입자가 큰 오염물의 흡착도가 떨어져 필터의 효율이 감소할 수 있다.
상기 제2 필터여재(21)는 상기 유동형 필터홀더(11)의 하부에 위치하는 여재로, 여과시 제1 필터여재(20)에서 1차 여과된 원수를 2차적으로 여과하는 역할을 수행한다. 이때 입자의 크기가 큰 오염물은 상기 제1필터여재(20)에 의하여 여과되므로, 상기 제2 필터여재(21)는 상대적으로 입자의 크기가 작은 오염물을 여과하며, 이에 따라 상기 제2 필터여재(21)는 포어사이즈가 상기 제1 필터여재(20)보다 작은 것을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한 역세시 제1필터여재(20)와의 혼합을 방지하기 위하여 상기 제2필터여재(21)는 상기 유동형 필터홀더(11)의 기공 크기보다 큰 것을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 제2 필터여재(21)는 마이크로 필터, 마이크로섬유필터, 다공형 필터 및 구상형 필터의 군에서 선택되는 1종 이상의 여재를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 마이크로 필터를 사용할 수 있다. 또한, 상기 제2필터여재(21)의 크기(직경)는 제1 필터여재(00)보다 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제2필터여재(21)의 크기가 제1필터여재(20)의 크기보다 큰 것을 사용하는 경우, 크기가 작은 오염물의 흡착이 원활하지 않으며, 역세시 제2필터여재(21)에 흡착된 크기가 큰 오염물이 제1필터여재(20)를 통과하기 어려워 역세척이 어려울 수 있다.
상기 하우징(10)의 하부에는 여과과정에서 처리수가 배출(32)되며, 역세과정에서 세척수가 유입(33)되는 처리수 배출구(41)가 설치될 수 있다. 상기 처리수 배출구(41)는 제1필터여재(20) 및 제2필터여재(21)를 통과한 처리수가 배출되는 부분으로, 여과시 또는 역세시 내부에서 필요한 압력에 따라 적절한 크기를 선택하여 사용할 수 있다. 상기 유입구(40)보다 처리수 배출구(41)의 직경이 작은 경우 여과시 유체에 압력이 가해져 여과할 수 있으며, 역세시에는 압력이 낮아져 빠른 속도로 필터의 세척이 가능하다. 또한 상기 유입구(40)보다 처리수 배출구(41)의 직경이 큰 경우에는 여과의 속도가 빨라지며, 역세시 압력으로 인한 추가 세척효과를 기대할 수 있다.
또한 상기 처리수 배출구(41)는 역세시에는 세척수(33)의 유입구가 되며, 이와는 반대로 유입구(40)는 역세시 세척수의 배출구(35)가 된다. 또한 상기 역세시 세척의 효과를 높이기 위하여 세척용 공기(44)를 공급할 수 있으며, 이에 따라 처리수 배출구의 일측면에는 공기를 공급하는 에어공급수단(42)이 설치될 수 있다. 상기 에어 공급수단(42)은 여과시에 폐쇄하여, 여과시 처리수가 에어라인 쪽으로 역류되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한 제2양태에 의한 본 발명은 역세형 다층여과 필터를 포함하는 역세형 여과 시스템에 관한 것이다.
상기 여과 시스템은, 수원으로부터 공급되는 원수에서 설정된 비중의 부유물을 제거하여 1차 여과수를 형성하는 이물질 제거부; 상기 1차 여과수를 여과하여 제2여과수를 형성하는 상기 역세형 다층여과 필터를 포함하는 역세형 여과부; 상기 2차 여과수와 공기 투입부로부터 투입된 공기를 혼합하여 상기 2차 여과수의 용존산소 농도를 증가시켜 3차 여과수를 형성시키는 산소 교반부; 및 상기 3차 여과수에 미생물을 투입하여, 정화수를 형성하는 미생물 투입부;를 포함하며, 상기 산소 교반부는, 상기 2차 여과수를 상기 미생물 투입부로 이동시키는 급수관을 포함하며, 상기 급수관 내에는, 상기 2차 여과수의 이동방향을 따라 연속해서 배치되는 제1 부재와 제2 부재가 연속해서 배치되고, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재는 서로 다른 각도로 비틀어져 배치될 수 있다.
이물질 제거부(100)는 수원으로부터 공급되는 원수에서 설정된 비중의 부유물을 제거하여 1차 여과수를 형성하는 장치이다. 이때, 바람직하게는 원수에서 포함된 비중 1 이상의 부유물을 제거하는 것이 바람직하다. 이와 같이 비중이 큰 부유물을 제거하여 1차 여과수를 형성함으로써 역세형 여과부(200)의 부하를 감소하게 되고, 이로 인하여 역세형 여과부(200)의 여과 성능 및 내구성을 증대시킬 수 있다.
역세형 여과부(200)는 1차 여과수의 유입에 따라 압착되는 역세형 다층여과 필터를 구비하여 1차 여과수를 여과하여 2차 여과수를 형성한다. 역세형 다층여과 필터는 1차 여과수가 유입됨에 따라 압착되면서, 1차 여과수에 포함되어 있는 부유물을 제거할 수 있다. 상기 역세형 다층여과 필터의 상세한 구조는 위에서 살펴본 바와 같다.
본 실시예에서 역세형 여과부(200)는 일방향을 따라 3개가 배열된 것으로 설명하였으나, 역세형 여과부(200)는 3개 이상이거나 3개 미만으로 형성될 수 있는 것으로서, 수원의 크기나 수원의 수질 상태에 따라서 선택적으로 변경될 수 있는 것이다.
산소 교반부(300)는 2차 여과수와 공기 투입부로부터 투입된 공기를 혼합하여 2차 여과수의 용존산소 농도를 증가시켜 3차 여과수를 형성시킨다. 이와 같이 산소 교반부(300)를 통하여 용존산소의 농도를 증가시킴으로써 여과수의 수질상태를 더욱 증가시킬 수 있다.
이때, 2차 여과수에 공기가 교반되는 것을 더욱 활성화하기 위하여, 급수관에 구비되는 제1 부재(311) 및 제2 부재(312)를 포함할 수 있다.
제1 부재(311) 및 제2 부재(312)는 급수관 내에서 일방향을 따라 연속해서 배치되고, 제1 부재(311) 및 제2 부재(312)는 서로 다른 각도로 비틀어져 배치된다. 이로 인하여, 2차 여과수와 공기가 일방향을 따라 이동할 때 더욱 난류를 형성하여 교반됨으로써 형성되는 3차 여과수에 산소의 포화도를 증가시킬 수 있다.
미생물 투입부는 3차 여과수에 미생물을 투입하여 정화수를 형성시킨다. 미생물은 유용미생물(effective microorganism)로 적용될 수 있으나, 수질의 상태에 따라서 선택적으로 적용될 수 있으며, 투입되는 미생물이 이에 제한되는 것은 아니다.
미생물을 투입하여 형성된 정화수는 원수로 재 투입되며, 이러한 과정이 반복적으로 수행됨으로써 수원의 수질 상태를 깨끗하게 할 수 있다.
이와 같은 유용 미생물을 이용한 역세형 여과 시스템은 수원의 탁도 및 부유물질을 완벽에 가깝게 제거할 수 있으며, 가변형 필터를 통해 세정된 세정수에 산소와 미생물을 투입함으로써 생물학적 산소농도를 높이고, 미생물을 통해 악취를 제거함으로써 수원의 수질을 향상시킬 수 있고, 엑세형 여과부의 가변형 필터는 여과성능이 우수하며, 공기 및 세정수를 이용한 물리적인 방법을 통해서 세척이 가능하여 반영구적이 사용이 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
실시예 1
직경 100mm 길이 1000mm 두께 5mm의 하우징을 이용하여 도 1에 나타난 바와 같이 역세형 다층여과 필터를 제작하였다. 이때 제2필터여재는 마이크로 필터를 사용하였으며, 제1필터여제는 마이크로 섬유필터를 사용하여 제작하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 제1필터여재로 다공형 필터를 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 제1필터여재로 구상형 필터를 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 유동형 여재압착 홀더를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 유동형 여재압착 홀더를 사용하지 않았으며, 필터여재를 전부 마이크로 필터로 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 제2필터여재로 마이크로 섬유필터, 제1필터여제로 마이크로 필터를 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제작된 역세형 다층여과 필터를 이용하여 여과실험을 수행하였으며, 이때 사용된 원수는 전라북도 소재 경천 저수지에서 녹조 발생시 채취된 물을 사용하였다. 세척수로는 수돗물을 사용하였다.
각 실시예 및 비교예에서 제작된 역세형 다층여과 필터에 원수를 50L씩 3회 공급하였으며, 이후 세척수 및 공기를 5분간 공급하여 역세척 실험을 수행하였다. 각 여과시 녹조의 제거율을 조사하였으며, 역세척 이후 역세형 다층여과 필터를 분해하여 필터여재의 손상정도를 측정하였다. 상기 실험결과는 하기의 표1에 나타내었다.
원수공급#1 원수공급#2 원수공급#3 역세척후 변화
실시예1 99.5% 98.1% 95.4% 필터여재에 녹조 관찰되지 않음
실시예2 99.4% 97.3% 94.5% 필터여재에 녹조 관찰되지 않음
실시예3 98.3% 95.1% 90.5% 필터여재에 녹조 관찰되지 않음
비교예1 99.5% 94.1% 88.7% 제1필터여재와 제2필터여재가 혼합되어 있음
비교예2 89.1% 81.5% 77.1% 필터여재에 일부 녹조 잔유물 존재
비교예3 79.5% 68.1% 55.9% 제1필터여재에 녹조 다수 관찰
표1에 나타난 바와 같이, 유동형 필터홀더를 사용하지 않은 비교예 1의 경우 필터여재가 혼합되어 원수의 공급 회수에 따라 필터의 효율이 급격히 감소하고 있으며 역세척 이후에는 필터여재가 혼합되어 있는 것으로 나타났다. 이에따라 역세척 이후에는 필터의 효율이 더욱 감소할 것으로 판단된다.
마이크로 필터만을 사용한 비교예 2에서는 입자의 크기가 큰 녹조의 제거효율이 낮은 것으로 나타났으며, 역세척 이후에도 일부 녹조가 필터여재에 흡착되어 있는 것으로 나타났다.
제2필터여재로 마이크로 섬유필터, 제1필터여제로 마이크로 필터를 사용한 비교예 3의 경우 녹조의 제거효율이 가장 낮은 것으로 나타났으며, 역세척 이후에도 녹조가 제1필터여재에 흡착되어 있는 것으로 나타났다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10 : 하우징 11 : 유동형 필터 홀더
12 : 고정형 필터홀더 13 : 여재압착홀더
14, 15 : 여재유출방지 스크린 20 : 제1필터여재
21 : 제2필터여재 22 : 다공형 필터여재
30 : 원수 31 : 원수의 흐름
32 : 처리수 33 : 세척수
34 : 세척수의 흐름 35 : 세척수 배출
40 : 유입구 41 : 처리수 배출구
42 : 에어공급수단 44 : 세척용 공기
100 : 이물질 제거부 200 : 역세형 여과부
300 : 산소 교반부 311 : 제1 부재
312 : 제2 부재 400 : 미생물 투입부

Claims (9)

  1. (a) 필터 및 필터 홀더가 내장되는 중공형의 하우징;
    (b) 상기 하우징 상부에 위치하며, 여과과정에서는 원수가 유입되며, 역세과정에서는 세척수가 배출되는 유입구;
    (c) 상기 하우징의 내부에 위치하고, 제1필터여재와 제2 필터여재를 분리하며, 여과과정 또는 역세과정에서 유체의 흐름에 따라 상기 하우징의 내부를 상하로 이동하는 유동형 필터 홀더;
    (d) 상기 필터홀더의 상부에 위치하는 제1 필터여재;
    (e) 상기 필터홀더의 하부에 위치하는 제2 필터여재;
    (f) 상기 하우징의 하부에 위치하며, 여과과정에서는 처리수가 배출되며, 역세과정에서는 세척수가 유입되는 처리수 배출구; 및
    (g) 상기 처리수 배출구의 일측면에 위치하며, 역세과정에서 세척용 공기를 공급하는 에어공급수단;
    을 포함하는 역세형 다층여과 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 역세형 다층여과 필터는 상기 제1 필터여재의 상부에 여재압착홀더를 추가로 포함하며, 상기 제2필터여재의 하부에 고정형 필터홀더를 추가로 포함하는 역세형 다층여과 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 역세형 다층여과 필터는 상기 유입구의 하부에 여재유출방지 스크린을 추가로 포함하며, 상기 제2필터여재의 하부에 고정형 필터홀더를 추가로 포함하는 역세형 다층여과 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 역세형 다층여과 필터는 여과과정에서 원수의 유입시 상기 유동형 필터홀더가 상기 처리수 배출구 방향으로 이동하여 상기 제1필터여재 및 제2필터여재가 압축되며,
    역세과정에서 세척수 유입시 상기 유동형 필터홀더가 유입구 방향으로 이동하여 제1필터여재 및 제2필터여재가 팽창하는 역세형 다층여과 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1필터여재 또는 제2 필터여재는 마이크로 필터, 마이크로섬유필터, 다공형 필터 및 구상형 필터의 군에서 선택되는 1종 이상의 필터는 포함하는 역세형 다층여과 필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필터여재는 상기 제2 필터여재에 비하여 큰 직경을 가지는 역세형 다층여과 필터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 역세형 다층여과 필터를 포함하는 역세형 여과 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 여과 시스템은,
    수원으로부터 공급되는 원수에서 설정된 비중의 부유물을 제거하여 1차 여과수를 형성하는 이물질 제거부;
    상기 1차 여과수를 여과하여 제2여과수를 형성하는 상기 역세형 다층여과 필터를 포함하는 역세형 여과부;
    상기 2차 여과수와 공기 투입부로부터 투입된 공기를 혼합하여 상기 2차 여과수의 용존산소 농도를 증가시켜 3차 여과수를 형성시키는 산소 교반부; 및
    상기 3차 여과수에 미생물을 투입하여, 정화수를 형성하는 미생물 투입부;를 포함하며,
    상기 산소 교반부는,
    상기 2차 여과수를 상기 미생물 투입부로 이동시키는 급수관을 포함하며, 상기 급수관 내에는, 상기 2차 여과수의 이동방향을 따라 연속해서 배치되는 제1 부재와 제2 부재가 연속해서 배치되고, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재는 서로 다른 각도로 비틀어져 배치된 것을 특징으로 하는 유용 미생물을 이용한 역세형 여과시템
  9. (i) 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 역세형 다층여과 필터의 유입구에 원수를 공급하는 단계;
    (ii) 상기 원수의 공급압력에 의하여 하우징 내부에 위치하는 제1필터여재, 유동형 필터홀더 및 제2필터여재가 압축되며, 원수 내부의 이물질을 여과하여 처리수를 배출하는 단계;
    (iii) 상기 여과가 완료된 이후 처리수의 배출구로 세척수를 공급하며, 에어공급수단으로 세척용 공기를 공급하는 단계; 및
    (iv) 상기 공급되는 세척수 및 세척용 공기의 압력에 의하여 하우징 내부에 위치하는 제1필터여재, 유동형 필터홀더 및 제2필터여재가 팽창하며, 상기 제1필터여재 및 제2필터여재에 흡착된 이물질을 상기 세척수 및 세척용 공기와 함께 상기 유입구로 배출하는 단계;
    를 포함하는 역세형 다층여과 필터를 이용한 여과방법.
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