KR20190083126A

KR20190083126A - 역세척이 용이한 배수관 및 이를 포함하는 용존공기부상형 수처리장치

Info

Publication number: KR20190083126A
Application number: KR1020180000688A
Authority: KR
Inventors: 임승원; 우성우; 박성원
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2018-01-03
Filing date: 2018-01-03
Publication date: 2019-07-11
Also published as: KR102049944B1

Abstract

본 발명의 목적은 역세척 과정이 요구되는 여과재를 활용한 수처리장치에 있어서, 역세척수의 배출을 용이하게 하고 여과재의 유실을 최소화함으로써 역세척 효율을 향상시킬 수 있으면서도, 동시에 별도의 동력없이 자연유하 방식을 통해 손쉽게 역세척수를 이송할 수 있는 다공 배수관 및 이를 포함하는 용존공기부상형 수처리장치에 관한 것으로, 슬릿 형태의 다공 영역을 포함하는 다공 배수관을 통해 여과재의 유실을 방지하면서도 동시에 역세척 폐수의 배출을 용이하게 할 수 있어 충분한 속도로 역세척이 가능하여 효율적인 역세척을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

역세척이 용이한 배수관 및 이를 포함하는 용존공기부상형 수처리장치{PERFORATED DRAIN PIPE FOR BACK-WASHING WASTEWATER, AND DISSOLVED AIR FLOTATION TYPE WATER TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 역세척수의 배수가 용이하게 수행할 수 있는 배수관 및 이를 포함하는 용존공기부상형 수처리장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 여과재(media)를 이용한 여과공정에서 필수적으로 수행되는 역세척(back-washing)으로 인해 발생하는 역세척수를 효과적으로 수집 및 배출하면서도 여과재의 손실을 최소화할 수 있도록 다공 배수관의 다공 구조를 슬롯(slot) 형태로 형성한 것으로, 다양한 여과재에 대해서도 적용될 수 있으며, 역세척수의 막힘이나 여과재의 손실을 최소화할 수 있는 장점을 갖는 용존공기부상형 수처리장치 및 이에 포함된 배수관에 관한 것이다.

여과재(media)를 이용하는 여과공정에서는 공기나 물을 통한 역세척이 필수적으로 요구되며, 이러한 역세척 과정에서 발생되는 역세척 폐수를 수집하여 이송하는 기술이 수반되어야 한다.

종래 대한민국 등록특허공보 제1156125호(2012.06.20. 공고, '용존공기 부상형 전처리장치') 등에서는 수조 하부 여과재가 충진된 영역 상부에 콘크리트 트러프(trough)나 트레이를 형성하는 방식으로 발생된 역세척 폐수를 수집하여 수조 외벽에 형성된 역세수문으로 안내하도록 하였다.

그러나 이러한 트로프나 트레이로는 여과재의 손실을 완전히 방지할 수 없어 여과재 보충 비용에 대한 경제적 부담과 더불어 여과재 손실로 인한 여과기능 저하에 따라 역세척 폐수 속에 함유된 요염물질(탁질)의 누출사고가 일어날 가능성이 존재한다.

한편, 대한민국 등록특허공보 제1271089호(2013.06.12. 공고, '자동 역세 사여과기의 다공성 플레이트 장치') 등을 통해 수조 하부에 트러프나 트레이를 형성하지 않고 구동모터가 구비된 후드를 별도로 구비하여 아예 수조 외부에 설치된 별도 장치로 흡입 제거하는 방식 또한 제시된 바 있다.

그러나 이러한 별도의 역세척 폐수 흡인장치를 구비하여 역세척 폐수를 수집 및 이송할 경우 추가적인 설치 비용이나 동력 제공 비용 등이 소요되어 설비 전체의 CAPEX나 OPEX가 증가하는 문제가 존재한다.

등록특허 제10-1156125호 등록특허 제10-1271089호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 역세척 과정이 요구되는 여과재를 활용한 수처리장치에 있어서, 역세척수의 배출을 용이하게 함과 동시에 여과재의 유실을 최소화함으로써 역세척 효율을 향상시킬 수 있으면서도, 별도의 동력없이 자연유하 방식을 통해 손쉽게 역세척수를 이송할 수 있는 다공 배수관 및 이를 포함하는 용존공기부상형 수처리장치를 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다공 배수관(20)은, 복수의 여과재(filter media)(11)가 충진되어 있는 여과부(10)가 내부에 구비되어 원수의 오염물질을 여과할 수 있는 여과조(1)의 내부에 위치하는 배수관으로, 상기 여과조(1) 내에서, 여과부(10)의 위쪽에 위치하고, 표면에 복수개의 슬릿 형태의 취수구(21)가 형성되며, 상기 여과조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결되어, 상기 여과재(11)의 역세척(back-washing)과정에서 발생되는 역세척수를 수집하여 배수하는 것을 특징으로 한다.

상기 다공 배수관(20)은 유리섬유강화플라스틱(glassfiber reinforced plastic, GRP)으로 제조될 수 있고, 상기 슬릿 형태의 취수구(21)는, 원형 단면을 갖는 원주 형태의 배수관의 길이 방향 단면의 중심을 기준으로 좌우 양 측면의 -60° 내지 60°의 외주부면에만 슬릿 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 원형 단면을 갖는 원주 형태의 배수관의 길이 방향 단면의 중심을 기준으로 최상측 혹은 최하측에는 슬릿 형태의 취수구(21)가 존재하지 않는 지지영역(24)이 형성되어, 다공 배수관의 구조적 안정성과 내구성을 부여할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 여과재로는 볼 필터 여과재(11)가 사용되는 것이 바람직한데, 일예로 알루미늄 합금과 같은 금속 혹은 PP, PE, PVDF 등과 같은 합성 고분자 재질이 사용될 수 있다. 바람직하게는 이러한 금속 재질의 코어 부재와 고분자 플리스틱 재질의 쉘 부재가 결합된 코어-쉘 구조의 볼 필터를 사용하는 것도 가능하다. 더욱 바람직하게는 코어(core)가 금속 합금이고, 쉘(shell)이 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)인 코어-쉘 구조의 볼 필터(ball filter)가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 여과재(11)의 지름(D)과 취수구(21)에 형성되는 슬릿의 폭(l)의 비(D/l)은 약 3~5이고, 상기 취수구(21)에 형성되는 슬릿들 사이의 간격(w)은 약 20~30mm인 것이 바람직한데, 상기 범위의 슬릿 형태를 포함하는 다공 배수관의 경우, 여과재(11)의 침적이 최소화되면서 여과재의 손실을 최소화할 수 있다.

예를 들어, 여과제인 볼 미디어의 지름이 40mm인 경우에는, 슬릿 형태의 취수구의 폭은 8 ~ 13.3mm의 범위로 작게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 배수관(20)은 상기 여과부(10) 상부에 마련되는 콘크리트 슬라브(22) 상부면에 고정 설치되는 것이 바람직하고, 상기 여과조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결되는 이송관(20a)과, 상기 이송관(20a)과 소통되며 상기 이송관(20a)의 법선 방향으로 마련되는 적어도 하나 이상의 취수관(20b)을 더 포함할 수 있으며, 상기 여과조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결된 영역(1a) 방향으로 수집된 역세척 폐수가 자연 유하 되도록, 상기 영역(1a) 측이 반대편 측보다 낮게 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시 형태로는, 원수에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 부상조(1)를 포함하는 용존공기부상형(Dissolved air floatation, DAF) 수처리장치(A)를 들 수 있는데, 상기 부상조(1) 하부에 구비되어 상기 원수로부터 일차적으로 오염물질이 제거된 처리수 내 잔류하는 오염물질을 여과시키기 위한 복수의 여과재(11)가 충진되어 있는 여과부(10); 및 상기 부상조(1) 내에 구비되되 상기 여과부(10) 상부에 설치되어 상기 여과재(11)의 역세척(back-washing) 과정에서 발생되는 역세척수를 수집하여 배수하는 다공 배수관(20);을 포함하며, 상기 다공 배수관(20)의 표면에는 복수개의 슬릿 형태의 취수구(21)가 형성되고, 상기 다공 배수관(20)은, 상기 부상조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결되어 수집된 역세척수가 폐수 수집조(30)로 안내되는 것을 특징으로 한다.

이때 사용되는 다공 배수관(20)과 슬릿 구조는 앞서 설명한 다공 배수관(20)과 동일하고, 상기 여과재(11)가 상기 여과부(10) 상부를 통해 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 다공성의 판재로 마련되는 여과재 유실방지부(12)를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 역세척수의 배수를 위한 다공 배수관 및 이를 포함하는 용존공기부상형 수처리장치는, 여과재의 유실을 방지하면서도 역세척 폐수의 배출을 용이하게 할 수 있어 충분한 속도로 역세척이 가능하여 효율적인 역세척을 수행할 수 있으며, 별도의 동력 없이도 수집된 역세척 폐수를 자연 유하 방식을 통해 후단의 수집조로 이송할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 다공 배수관을 포함하는 용존공기부상형 수처리장치의 경우, 여과재의 역세척 효율이 높아 장시간 사용하여도 최종 처리수의 수질(예를 들어 탁도, 고형분 함량 등)이 일정한 수준 이하로 낮게 유지될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 다공 배수관(20)이 설치된 모습을 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 AA' 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다공 배수관(20)이 설치된 여과조(1)의 모습을 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다공 배수관(20)이 부상조(1) 하부에 구비된 용존공기부상형 수처리장치(A)의 공정 모식도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

"제 1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

부유물질(Suspended Solids; 부유물질)은 통상적으로 물에 함유된 0.1㎛ 이상의 작은 입자성분을 나타내는 용어로, 물속에 다량 함유되어 있을 경우 심한 탁도를 유발하고 BOD, COD의 증가요인이 되기도 한다. 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 식수 뿐 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.

한편, 여과장치에 사용되는 여과재로는 과거 모래나 무연탄 등이 활용되었으나, 부유물질의 포획공간이 표층부근에 한정된다는 점, 폐색이 쉽게 일어난다는 점, 세척이 어렵다는 점 등의 문제점이 발생하여, 다층여재필터(Dual Media Filter) 등이 개발되었다.

하지만, 이러한 다층여재필터의 경우에도, 여과 과정에서 각각의 미디어 필터들이 실질적으로 밀집되어 한 덩어리로 뭉쳐지기도 하고, 이들의 역세척 과정에서 기존의 복수의 기공(pore) 형태로 배수관에 형성되어 있는 취수부를 막아 역세척 효율을 감소시키고, 역세척 과정 중에서 기공을 통해 유실되는 경우까지 발생하고 있어, 효과적인 여과효과를 거두기는 어렵다는 문제점이 여전히 존재한다.

본 발명은 먼저, 바람직한 일 실시예에 따라 복수의 여과재(11)가 충진되어 있는 여과부(10)가 내부에 구비되어 원수의 오염물질을 여과하기 위한 여과조(1)에서, 여과재(11)의 역세척(back-washing)으로 인해 발생되는 역세척 폐수를 수집하여 배수하는 배수관(20)을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배수관(20)의 평면도가 도 1에 도시되어 있으며, 도 1의 AA' 단면도가 도 2에 도시되어 있다.

본 발명은 복수의 여과재(11)가 충진되어 있는 여과부(10)를 통한 수처리가 이루어지는 장치에 적용될 수 있으며, 바람직하게는 후술하는 용존공기부상형(Dissolved Air Flotation, 이하 'DAF'라 함) 수처리장치(A)의 부상조(1) 하부에 볼 필터(ball filter) 여과재(11)가 충진된 여과부(10)가 구비되는 DABF(Dissolved Air Flotation with Ball Filter) 시스템에 적용될 수 있다.

배수관(20)은 여과조(1)(혹은 DAF 수처리장치(A)의 부상조(1), 이하 여과재를 활용한 여과공정을 수행하는 여과조(1)와 DAF 수처리장치(A)의 부상조(1)의 도면 부호를 혼용해서 사용함) 내에 구비되되, 여과재(11)가 충진되어 있는 영역인 여과부(10) 상부에 설치되어, 역세척을 위해 하부에서 상향으로 가해지는 가압수나 에어 버블을 통해 형성되는 역세척 폐수를 여과부(10) 상부에서 수집 및 이송하는 역할을 수행한다.

본 발명의 배수관(20)은 복수의 슬릿 형태의 취수구(21)가 표면상에 형성되어 있는 다공 배수관(Perforated Drain Pipe)인 것이 바람직하다. 표면에 형성된 취수구(21)를 통해 역세척 폐수가 인입되어 수집되되, 역세척으로 인해 상부로 부유된 여과재(11)는 인입되어지지 않아야 하며, 이를 통해 여과재(11)의 유실을 방지할 수 있고, 역세척 강도를 넓은 범위 내에서 조절할 수 있게 되어 높은 효율의 역세척이 가능하다.

취수구(21)의 슬릿(slit) 형태는 원형 단면을 갖는 원주 형태의 배수관의 길이 방향 단면의 중심을 기준으로 좌우 양 측면에만 -60° 내지 +60°의 외주부에 형성되는 것이 바람직하며, 원형 단면을 갖는 원주 형태의 배수관의 길이 방향 단면의 중심을 기준으로 최상측 혹은 최하측에는 슬릿 형태의 취수구(21)가 존재하지 않는 지지영역이 존재하는 것이 바람직하다.

슬릿이 배수관의 길이 방향 원형 단면의 중심을 기준으로 -60° 내지 -90°의 영역과 +60° 내지 +90°의 외주부 영역에는 형성되지 않기 때문에 일정 수량의 세척수를 인입할 수 있으며, 배수관의 구조적 형태를 물리적으로 유지할 수 있다.

상기 슬릿의 폭(l)은 여과재의 지름에 따라 변경될 수 있는데, 여과재의 지름(D)과의 비(D/l)이 약 3~5의 범위인 것이 바람직하다.

이렇게 배수관에 형성되는 슬릿의 폭은 여과재의 지름에 따라 적절히 선택되어야 하는데, 이는 세척수의 배출 과정에서, 고분자 재질의 여과재인 볼 미디어가 세척수에 의해 수축되어 슬릿을 막거나 슬릿을 통해 빠져나갈 수 있기 때문이다.

본 발명의 배수관(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 여과조(1) 내벽 일측의 영역(1a)에 관통되도록 연결되어 취수구(21)를 통해 수집된 역세척 폐수가 여과조(1) 외부의 폐수 수집조(30)로 안내되도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 배수관(20)의 재질은 배수관(20) 표면에 취수구(21)를 형성하기에 용이하고, 설치 및 유지보수가 편리하도록 유리섬유강화플라스틱(Glassfiber Reinforced Plastic, GRP)로 구성할 수 있다.

도 2를 참조하여 배수관(20) 표면에 형성되는 슬릿 형태의 취수구(21)를 살펴보면, 원형 단면을 갖는 원주 형태의 배수관의 길이 방향 단면의 중심을 기준으로 좌우 양 측면에만 -60° 내지 +60°의 외주부에 슬릿 형태로 형성되는데, 다시 말해서, 배관의 양측 하부 -60 ~ -90°영역과 양측 상부 +60 ~ +90°에는 슬릿이 형성되지 않는 지지영역(24)이 형성된다.

이러한 슬릿은 약 20~30mm의 간격으로 배수관(20)에 형성되는 것이 바람직한데, 너무 조밀하게 슬릿이 형성될 경우에는 세척수의 유량이 너무 크게 되고, 너무 소밀하게 배치될 경우에는 충분한 배수관의 효과를 얻을 수 없게된다.

이로써, 역세척 과정을 통해 일정 수위 이상으로 역세척 폐수가 배수관(20)이 형성된 영역에 채워졌을 때, 취수구(21)를 통해 역세척 폐수가 수집되도록 하면서 동시에, 일정 수위 이하가 되도록 역세척 폐수의 수집이 완료하게 되면 수집된 역세척 폐수가 다시 외부로 유출되지 않고 폐수 수집조(30)로 이송될 수 있도록 할 수 있다.

이에 더하여, 여과조(1) 내벽 일측에 배수관(20)이 관통되도록 연결된 영역(1a) 방향으로 수집된 폐수가 자연 유하 되도록, 본 발명의 배수관(20)은 상기 영역(1a) 측이 반대편 측보다 낮게 설치되도록 하는 것이 바람직하다. 도 3 내지 4를 참고할 때, 배수관(20)이 일정 기울기를 갖도록 설치된 것을 확인할 수 있다. 이로써, 별도의 동력 없이도 수집된 역세척 폐수가 후단의 폐수 수집조(30)로 자연 유하되도록 할 수 있어 수처리 공정의 OPEX가 절감되어 경제적이다.

본 발명의 배수관(20)은 도 1 내지 도 2와 같이 여과부(10) 상부에 마련되는 콘크리트 슬라브(22)의 상부면에 고정 설치되는 것이 바람직하다. 이때 콘크리트 슬라브(22)는 여과부(10) 상부 전면에 마련되는 것이 아니고, 도 1에 도시된 바와 같이 배수관(20)을 고정설치 하기 위해 필요한 영역에 국한되어 마련됨으로써, 나머지 빈 공간을 통해 역세척 폐수가 상부로 채워지게 된다.

콘크리트 슬라브(22)의 상부면에 배수관(20)이 고정 설치되는데, GRP 타입의 배수관(20)을 조립 설치하는 과정에서 형성되는 이음매 부분에 대하여 콘크리트 슬라브(22) 상에 앵커(23)로 고정시키는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 배수관(20)은 여과조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결되는 이송관(20a)과, 이에 소통되도록 연결되되 이송관(20a)의 법선 방향으로 마련되는 적어도 하나 이상의 취수관(20b)으로 구성되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 바와 같이 '＋' 형태로 구성될 수 있다. 이송관(20a)과 취수관(20b)에는 모두 취수구(21)가 형성되는 것이 바람직하며, 취수관(20b)을 통해 수집된 역세척 폐수가 중앙으로 모여 일괄적으로 폐수 수집조(30)로 배수되어야 하므로, 중앙 이송관(20a)의 직경은 취수관(20b) 직경에 비해 더 크도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명은 바람직한 다른 실시예에 따라 원수에 포함된 부유물질, 탁질 또는 조류의 이물질 등의 오염물질을 제거할 수 있도록 부상조(1)를 포함하는 DAF 수처리장치(A)에 있어서, 부상조(1) 하부에 구비되어 원수로부터 일차적으로 오염물질이 제거된 처리수 내에 잔류하는 오염물질을 여과시키기 위한 복수의 여과재(11)가 충진되어 있는 여과부(10)와, 부상조(1) 내에 구비되되 여과부(10) 상부에 설치되어 여과재(11)의 역세척 과정에서 발생되는 역세척 폐수를 수집하여 배수하는 배수관(20)을 포함하는 DAF 수처리장치(A)를 제공한다. 본 발명의 DAF 수처리장치(A)의 모식도가 도 4에 도시되어 있다.

일반적인 DAF 설비에 볼 필터 여과재(11)가 충진된 여과부(10)를 부상조(1) 하부에 도입함으로써, 설치공간을 줄이고 유지관리를 용이하게 하여 CAPEX 및 OPEX를 절감할 수 있고, 해수, 하수 또는 폐수 등의 원수에 포함된 부유물질, 탁질, 조류 등의 오염물질을 더욱 효과적이고 철저하게 제거할 수 있으며, 역세척을 편리하게 수행할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 역세척을 수행하면서 발생되는 역세척 폐수를 상술한 바와 같이 여과부(10) 상부에 구비되는 배수관(20)을 통해 효과적으로 수집 및 배출함으로써, 여과 효율을 극대화할 수 있다.

DABF(Dissolved Air Flotation with Ball Filter) 시스템에서 사용되는 볼 필터 여과재(11)는 일례로 금속 합금으로 이루어지고 외면이 플리스틱재로 코팅된 코어부재와 상기 코어부재의 외부에 묶이거나 부착 또는 감겨 고정되는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 등의 섬유사로 이루어질 수 있으며, 보다 바람직하게는 코어가 알루미늄 합급이고, 쉘이 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)인 코어-쉘 형태의 구형 볼 필터인 것이 바람직하며, 약 20~45mm의 지름을 갖는 것이 바람직하다.

응집조, 침전조, 혼화조 등(2,3)의 전처리 챔버를 거친 처리수는 부상조(1)의 접촉조(contact basin)에서 공급되는 미세 기포와 접촉되면서 오염물질이 부상되고, 일차적으로 오염물질이 제거된 처리수는 여과재(11)가 충진된 부상조(1) 하부의 여과부(10)를 통과하면서 추가적으로 오염물질이 제거되어 후단의 처리수 정장조(4)로 이동된다.

여과부(10)의 하부에는 볼 필터 여과재(11)가 하부를 통해 외부로 이탈되는 것을 방지하면서 여과재(11)를 지지할 수 있도록 하기 위해 유공블록부 또는 스트레이너부와 같은 하부 지지체(13)가 구비될 수 있으며, 여과부(10)의 상부에는 역세척으로 인해 여과재(11)가 상부로 이탈되어 유실되는 것을 방지하기 위해 다공성 패널과 같은 추가적인 여과재 유실방지부(12)가 마련될 수 있다. 여과재 유실방지부(12)가 별도로 여과부(10)와 배수관(20) 사이에 구비될 경우 어느 정도 여과재(11)의 유실이 사전에 방지될 수 있으므로, 배수 효율을 더욱 높이기 위해 취수구(21)의 크기를 더욱 크게 할 수도 있다.

한편, 원수 중의 오염물질 농도가 DAF 시스템의 자체만으로도 충분히 수용 가능한 범위 내에 있는 경우나, 여과재(11)의 역세척이 당분간 필요하지 않은 경우 등과 같이 배수관(20)의 사용이 일정 기간 동안 불필요한 경우에는, 배수관(20)의 표면에 형성된 취수구(21)를 차단하여 배수관(20)으로 물이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

이하 본 발명의 역세척 폐수의 배수를 위한 다공 배수관 및 이를 포함하는 용존공기부상형 수처리장치에 대한 실시예를 살펴본다. 그러나 이는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

[실시예 1]

본 발명의 배수관(20)이 구비된 부상조(1)에서 수행되는 역세척 과정에 대한 실시예를 설명한다.

먼저 역세척 하고자 하는 DAF 수처리장치(A) 내 부상조(1)의 유입수문 및 순환수 주입밸브를 닫고, 부상조(1) 내의 물을 배수한다. 이때 부상조(1) 내의 배수 수위는 여과부(10) 상부(본 발명의 배수관(20) 하부)까지이며, 부상조(1)에 설치된 수위계와 연동하여 배수한다.

부상조(1) 내의 배수가 완료되면 여과재(11)에 대한 역세척을 실시한다. 구체적으로, 배수관(20)의 외부로 연결된 슬러지 배출밸브를 닫고, 역세에어밸브를 열어 공세(Air Backwash)를 우선 실시하며, 그 후 역세에어밸브를 닫고 역세수밸브를 열어 수세(Water Backwash)를 실시한다. 이 후 배수관(20)과 연결된 슬러지 배출밸브를 열어 역세척 폐수를 배출하게 된다. 위의 역세척 순서는 대략적으로 공세 2분 30초, 수세 5분, 공세 2분 30초, 수세 5분 정도 순서로 진행한다.

배수관(20)을 통해 수집되어 이송된 역세척 폐수는 부상조(1) 상부에서 수집된 스컴 슬러지와 함께 폐수 수집조(30)로 자연 유하된 다음, 슬러지 이송 펌프를 통해 간헐적으로 후단의 수처리 시스템으로 이송되어 처리된다.

[실시예 2]

앞선 실시예 1의 과정을 다공 배수관에 형성되는 슬릿 폭를 변화시켜 켜가면서 배출되는 처리수의 탁도와 여과재의 손실율을 측정하였다. 이때 슬릿은 원형 단면을 갖는 원주 형태의 배수관의 길이 방향 단면의 중심을 기준으로 좌우 양 측면에만 -60° 내지 60°의 범위에만 형성되도록 일정하게 형성시켰다.

여과 공정의 유속은 30~40m/hr의 범위에서 일정하게 유지하였으며, 역세척은 35m/hr의 유속으로 수행하였다. 유입되는 원수의 탁도는 1.5 ~ 5 NTU, 고형분 농도는 7~8 mg/L로 확인되었으며, 여과재로 폴리프로필렌(PP) 재질의 볼 미디어 필터를 사용하였으며, 평균 지름은 약 40mm, 밀도는 75~80kg/m3, 기공도는 96%, 기공의 평균 크기는 약 25㎛로 측정되었다.

슬릿의 폭(l)	16cm	10 cm	7.3cm	6.5cm
슬릿과 여과재의 비(D/l)	2.5	4	5.5	6.1
탁도 [NTU]	1.1	0.3	1.3	-
고형분 함량 [mg/L]	3	2.1	3.9	--
슬릿 막힘 여부	막히지 않음	막히지 않음	막히지 않음	슬릿 막힘
여과재 유실 여부	여과재 유실	여과재 유실없음	여과재 유실없음	여과재 유실없음

상기 표에서 확인되듯이, 슬릿의 폭이 너무 넓을 경우에는 여과재의 유실이 발생하고, 슬릿의 폭이 너무 작을 경우에는 여과재의 유실이 발생하지 않으나, 슬릿이 막히는 현상이 발생함을 확인할 수 있었다.

도입되는 원수의 탁도가 1.5 ~ 5 NTU 범위임을 고려해 볼 때, 슬릿과 여과재의 비(D/l)이 2.5인 경우에는 여과재의 유실이 발생하고, 탁도와 고형분 함량이 충분히 감소되지 못함을 알 수 있었다. 특히 슬릿의 폭이 작은 경우인 D/l=5.5인 경우에는 오히려 탁도와 고형분 함량이 증가하는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 충분히 역세척이 이루어지지 못하는 것을 암시하는 것으로, 좀 더 슬릿의 크기를 감소시켰을 경우 슬릿의 막힘이 육안으로 확인되는 것을 미루어 볼 때, D/l=5.5인 경우에도 일부 슬릿 영역에서 막힘 현상이 발생하여 역세척 과정이 원활하게 수행되지 못하고 있음을 예측할 수 있다.

따라서 여과재의 유실이 발생하지 않으면서도 슬릿이 막히지 않으며, 탁도와 고형분의 함량이 가장 낮게 유지되지 위해서는 여과재의 지름과 슬릿의 폭이 적어도 2.5보다 크고 5.5보다는 작아야 함을 확인할 수 있었다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

A : 용존공기부상형 수처리장치 1 : 여과조, 부상조
1a : 여과조(부상조) 내벽 일측에 배수관(20)이 관통되도록 연결된 영역
2 : 응집조 3 : 침전조
4 : 처리수 저장조 10 : 여과부
11 : 여과재 12 : 여과재 유실방지부
13 : 하부지지체 20 : 배수관
20a : 이송관 20b : 취수관
21 : 취수구 22 : 콘크리트 슬라브
23 : 앵커 24 : 지지영역
30 : 폐수 수집조

Claims

복수의 여과재(filter media)(11)가 충진되어 있는 여과부(10)가 내부에 구비되어 원수의 오염물질을 여과할 수 있는 여과조(1)의 내부에 위치하는 배수관에 있어서,
상기 여과조(1) 내에서, 여과부(10)의 위쪽에 위치하고,
표면에 복수개의 슬릿 형태의 취수구(21)가 형성되며,
상기 여과조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결되어,
상기 여과재(11)의 역세척(back-washing)과정에서 발생되는 역세척수를 수집하여 배수하는 것을 특징으로 하는 다공 배수관(20).
제1항에 있어서,
상기 다공 배수관(20)은 유리섬유강화플라스틱(glassfiber reinforced plastic, GRP)으로 제조된 것을 특징으로 하는 다공 배수관(20).
제1항에 있어서,
상기 슬릿 형태의 취수구(21)는, 원형 단면을 갖는 원주 형태의 배수관의 길이 방향 단면의 중심을 기준으로 좌우 양 측면의 -60° 내지 60°의 외주부면에만 슬릿 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 다공 배수관(20).
제3항에 있어서,
상기 원형 단면을 갖는 원주 형태의 배수관의 길이 방향 단면의 중심을 기준으로 최상측 혹은 최하측에는 슬릿 형태의 취수구(21)가 존재하지 않는 지지영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 다공 배수관(20).
제3항에 있어서,
상기 여과재(11)는, 코어(core)가 금속 합금이고, 쉘(shell)이 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)인 코어-쉘 구조의 볼 필터(ball filter)인 것을 특징으로 하는, 다공 배수관(20).
제3항에 있어서,
상기 여과재(11)의 지름(D)과 취수구(21)에 형성되는 슬릿의 폭(l)의 비(D/l)은 약 3~5인 것을 특징으로 하는 다공 배수관(20).
제3항에 있어서,
상기 취수구(21)에 형성되는 슬릿들 사이의 간격은 약 20~30mm인 것을 특징으로 하는 다공 배수관(20).
제1항에 있어서,
상기 배수관(20)은 상기 여과부(10) 상부에 마련되는 콘크리트 슬라브(22) 상부면에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 다공 배수관(20).
제1항에 있어서,
상기 배수관(20)은 상기 여과조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결되는 이송관(20a)과, 상기 이송관(20a)과 소통되며 상기 이송관(20a)의 법선 방향으로 마련되는 적어도 하나 이상의 취수관(20b)을 포함하는 것을 특징으로 다공 배수관(20).
제1항에 있어서,
상기 배수관(20)은 상기 여과조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결된 영역(1a) 방향으로 수집된 역세척 폐수가 자연 유하 되도록, 상기 영역(1a) 측이 반대편 측보다 낮게 설치되는 것을 특징으로 하는 다공 배수관(20).
원수에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 부상조(1)를 포함하는 용존공기부상형(Dissolved air floatation, DAF) 수처리장치(A)에 있어서,
상기 부상조(1) 하부에 구비되어 상기 원수로부터 일차적으로 오염물질이 제거된 처리수 내 잔류하는 오염물질을 여과시키기 위한 복수의 여과재(11)가 충진되어 있는 여과부(10); 및
상기 부상조(1) 내에 구비되되 상기 여과부(10) 상부에 설치되어 상기 여과재(11)의 역세척(back-washing) 과정에서 발생되는 역세척수를 수집하여 배수하는 다공 배수관(20);을 포함하며,
상기 다공 배수관(20)의 표면에는 복수개의 슬릿 형태의 취수구(21)가 형성되고,
상기 다공 배수관(20)은, 상기 부상조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결되어 수집된 역세척수가 폐수 수집조(30)로 안내되는 것을 특징으로 하는 용존공기부상형 수처리장치.
제11항에 있어서,
상기 다공 배수관(20)은 유리섬유강화플라스틱(glassfiber reinforced plastic, GRP)으로 제조된 것을 특징으로 하는 용존공기부상형 수처리장치.
제11항에 있어서,
상기 슬릿 형태의 취수구(21)는, 원형 단면을 갖는 원주 형태의 배수관의 길이 방향 단면의 중심을 기준으로 좌우 양 측면의 -60° 내지 60°의 외주부면에만 슬릿 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 용존공기부상형 수처리장치.
제13항에 있어서,
상기 원형 단면을 갖는 원주 형태의 배수관의 길이 방향 단면의 중심을 기준으로 최상측 혹은 최하측에는 슬릿 형태의 취수구(21)가 존재하지 않는 지지영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기부상형 수처리장치.
제13항에 있어서,
상기 여과재(11)는, 코어(core)가 금속 합금이고, 쉘(shell)이 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)인 코어-쉘 구조의 볼 필터(ball filter)인 것을 특징으로 하는, 용존공기부상형 수처리장치.
제13항에 있어서,
상기 여과재(11)의 지름(D)과 취수구(21)에 형성되는 슬릿의 폭(l)의 비(D/l)은 약 3~5인 것을 특징으로 하는, 용존공기부상형 수처리장치.
제13항에 있어서,
상기 취수구(21)에 형성되는 슬릿들 사이의 간격은 약 20~30mm인 것을 특징으로 하는, 용존공기부상형 수처리장치.
제11항에 있어서,
상기 배수관(20)은 상기 여과부(10) 상부에 마련되는 콘크리트 슬라브(22) 상부면에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는, 용존공기부상형 수처리장치.
제11항에 있어서,
상기 배수관(20)은 상기 부상조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결되는 이송관(20a)과, 상기 이송관(20a)과 소통되며 상기 이송관(20a)의 법선 방향으로 마련되는 적어도 하나 이상의 취수관(20b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 용존공기부상형 수처리장치.
제11항에 있어서,
상기 배수관(20)은 상기 부상조(1) 내벽 일측에 관통되도록 연결된 영역(1a) 방향으로 수집된 역세척 폐수가 자연 유하 되도록, 상기 영역(1a) 측이 반대편 측보다 낮게 설치되는 것을 특징으로 하는 용존공기부상형 수처리장치.
제11항에 있어서,
상기 여과재(11)가 상기 여과부(10) 상부를 통해 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 다공성의 판재로 마련되는 여과재 유실방지부(12)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용존공기부상형 수처리장치.