KR20210090181A - 여과 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
폐수와 같은 액체(2)를 여과하는 방법이 개시된다. 액체는 1 내지 50 g/L의 총 부유 고형물을 가지며, 방법은 총 부유 고형물이 10 mg/L 이하인 여과된 액체를 생성하기 위해 제1 및 제2 면(10, 11)을 갖는 액체 투과성 여과 요소(9)를 사용한다. 방법은 액체를 통해 액체 투과성 요소를 순환시키는 단계를 포함하며, 이러한 단계에 의해 제1 위치에서 여과 요소의 제1 면의 영역이 압력하에 액체에 노출되고 여과 요소에 걸친 압력은 0 내지 5.9 kPa(60 cmH2O)이며, 제2 위치에서 영역은 압력하에 액체에 노출되지 않거나 저압에서 액체에 노출되고, 여과 요소의 제1 면에 축적된 고형물은 여과 요소를 통해 적어도 하나의 제트를 상기 여과 요소의 상기 제2 면에서 상기 제1 면으로 향하게 하여 제거될 수 있다. 여과 요소는 기공 크기를 가지며, 여과 요소는 투과 플럭스가 200 내지 5,000 L/(m2h)이고 여과 요소가 제2 위치에 도달할 때 축적된 고형물의 층 두께가 0 내지 6 cm가 되도록 하는 속도로 순환한다.
Description
본 발명은 폐수와 같은 액체를 여과하여 여과된 유체를 수득하고/하거나 액체를 농축하거나 고형물을 회수하는 것에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 폐수와 같은 액체를 여과하여 여과된 유체를 수득하고/하거나 액체를 농축하거나 고형물을 회수하기 위한 장치에 관한 것이다.
액체, 특히 부유 고형물을 함유하는 현탁액을 여과하는 것은 도시, 산업 및 농업 폐수 처리 공정을 포함하는 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있다. 도시 폐수 처리와 같은 일부 경우에는 여과를 사용하여 부유 고형물 함량이 낮은 여과된 액체를 수득할 수 있다. 그러나 다른 경우에서는 여과를 사용하여 액체를 농축하거나 고형물(섬유 또는 파편)을 회수할 수 있다.
필터의 한 형태는 회전 디스크 필터이다. 회전 디스크 필터의 예는 US 5,759,397 A, US 4,639,315 A 및 US 5,296,143 A에서 찾을 수 있다. 회전 디스크 필터는 높은 플럭스를 달성할 수 있고, 장기간 연속으로 작동할 수 있으며, 일반적으로 막힘(clogging)에 강한 경향이 있다. 그러나, 회전 디스크 필터는 기공 크기가 더 큰 필터 천을 사용하는 경향이 있으므로 여과 정도를 희생해야 한다.
필터의 다른 형태로는 멤브레인 생물 반응기가 있다. 멤브레인 생물 반응기는 훨씬 작은 유효 기공 크기를 갖는 경향이 있다. 더 작은 기공 크기는 여과 정도를 높이는데 도움이 되지만, 이는 플럭스(회전 디스크 필터보다 몇 배 더 낮음)를 희생시키고 멤브레인이 막히는 경향이 있다. 따라서, 멤브레인 생물 반응기는 플럭스가 낮은 특수 응용 분야에서 사용되는 경향이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 액체 여과 장치가 제공된다. 장치는 제1 면 및 제2 면(즉, 여과 요소의 각각 제1 측 및 제2 측 상에)을 갖는 액체 투과성 여과 요소를 포함하며, 액체 투과성 여과 요소는 적어도 부분적으로 액체에 침지되며, 액체 투과성 여과 요소는 액체를 통해 순환되도록 배치되어, 제1 위치에서 여과 요소의 제1 면의 영역이 압력하에 액체에 노출되고 여과 요소에 걸친 압력이 0 이상 5.9 kPa (60 cmH2O) 이하이며, 제2 위치에서 영역은 압력 하에서 액체에 노출되지 않거나 더 낮은 압력에서 액체에 노출된다. 장치는 여과 요소의 제1 면에 축적된 고형물을 제거하고/하거나 제거를 돕기 위해 여과 요소를 통해 적어도 하나의 제트를 여과 요소의 제2 면 (즉, 여과 요소의 제2 측)에서 여과 요소 제1 면 (즉, 제1 측)으로 향하게 하기 위한 적어도 하나의 노즐을 포함한다. 여과 장치는 총 부유 고형물이 10 mg/L 이하인 여과된 액체를 생성하기 위해 총 부유 고형물이 1 내지 50 g/L인 액체를 여과하도록 구성된다. 여과 요소는 기공 크기를 가지며, 여과 요소는 투과 플럭스가 200 내지 5,000L/(m2h)이고 여과 요소가 제2 위치에 도달할 때 축적된 고형물의 층 두께가 0 내지 6 cm가 되도록 하는 속도로 순환하도록 구성된다.
액체 투과성 요소는 액체를 통해 순환하도록 배치되어, 제1 위치에서 여과 요소의 제1 면의 영역이 압력 하에서 액체에 노출되고 여과 요소에 걸친 압력이 0 이상 3.9 kPa (40 cmH2O) 이하가 될 수 있다. 여과 장치는 총 부유 고형물이 15 내지 40 g/L, 예를 들어 20 내지 40 g/L인 액체를 여과하도록 구성될 수 있다. 기공 크기는 15 내지 25 ㎛일 수 있다. 여과 요소가 제2 위치에 도달할 때 축적된 고형물의 두께는 0 내지 2 cm이다. 속도는 0.25 내지 30 m/min이다. 여과 요소는 0 내지 1.047 rad/s (10 rpm), 0 내지 0.21 rad/s (2 rpm) 또는 0 내지 0.105 rad/s (1 rpm)로 순환하도록 구성될 수 있다. 투과 플럭스는 1,000 L/(m2h) 내지 5,000 L/(m2h), 예를 들어 2,000 L/(m2h) 내지 5,000 L/(m2h)로 구성될 수 있다. 액체 투과성 여과 요소는 다양한 기공 크기를 갖는 기공을 포함할 수 있으며, 기공 크기는 2 내지 40㎛이다. 액체 투과성 여과 요소는 메시(mesh)를 포함할 수 있다. 액체 투과성 여과 요소는 폴리머(polymer), 예를 들어 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), PTFE, 또는 나일론(nylon)을 포함할 수 있다. 액체 투과성 여과 요소는 스테인리스 강과 같은 금속을 포함할 수 있다. 장치는 축적된 고형물이 주기적으로 제거되도록 구성될 수 있다. 장치는 축적된 고형물이 매 사이클(every cycle)마다 제거되도록 구성될 수 있다. 주기는 10 내지 1000 s일 수 있다. 장치는 제2 위치에서 영역이 액체 보다 위에 있도록 구성될 수 있다.
장치는 액체를 작동을 위한 수위까지 담을 수 있는 컨테이너를 더 포함할 수 있다. 장치는 액체에 기포를 도입하기 위한 가스 공급기(들)을 더 포함할 수 있다. 장치는 수위까지 컨테이너 내에 액체를 더 포함할 수 있다. 장치는 여과 요소에 걸친 압력을 제어하기 위해 여과 요소에 걸친 액체와 여과된 액체 사이의 높이 차이를 정렬하기 위한 제어 시스템을 더 포함할 수 있다. 제어 시스템은 컴퓨터 시스템 및 저장소로부터 여과된 액체의 배출을 제어하기 위해 컴퓨터 시스템에 의해 제어 가능한 적어도 하나의 밸브 및/또는 적어도 하나의 펌프를 포함할 수 있다. 장치는, 여과된 물을 회수하기 위한 저장소로서 저장소를 제1 부분 및 제2 부분으로 나누는 보(weir)를 포함하며, 보는 하부 및 상부 및 하부와 상부 사이의 제1 높이 h를 갖는 저장소; 여과된 물을 저장소의 제1 위치에 제공하기 위한 입구; 및 보(weir)의 하부 및 상부 사이의 제2 위치에 마련되며 여과된 물을 수용하기 위한 출구를 포함할 수 있다.
액체는 폐수일 수 있다.
장치는 서로 동축으로 이격된 복수의 디스크를 갖는 구조를 포함할 수 있고, 각각의 디스크는 복수의 마주보는 필터 섹터 쌍을 가지며 중앙 내부 공간과 연통하고 외부 원통형 슬리브에 의해 폐쇄된다. 구조체는 각각의 중앙에 회전 가능한 지지체용 개구를 마련하는 두 개의 원형 엔드 플레이트, 각각에 인접한 2개의 디스크를 이격시키고, 이격시킨 부분에 대해 상기 중앙 내부 공간을 한정하는 복수의 원통형 부분, 및 구형파 형태의 모듈식 구성 요소로 만들어지며 각 단부에서 상기 2개의 원형 엔드 플레이트에 연결된 구형파 형태의 모듈식 구성 요소로 제조된 복수의 종방향 부재를 포함할 수 있다. 구형파 형태의 각 모듈식 구성 요소는 복수의 원통형 부분의 각 원통형 부분에 고정된 파동골(wave trough), 연속적인 필터 섹터를 지지하기 위한 상승 파동 에지 및 하강 파동 에지, 및 외부 원통형 슬리브를 지지하기 위해 하나 또는 다른 원형 엔드 플레이트로부터 등거리에 있는 다른 파고점(wave crest)과 상호 작용하는 파고점을 갖는 구형파를 가질 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 회전 디스크 필터용 구조체는 서로 동축으로 이격된 복수의 디스크를 갖는 구조체를 포함할 수 있고, 각각의 디스크는 복수의 마주보는 필터 섹터 쌍을 가지며 중앙 내부 공간과 연통하고 외부 원통형 슬리브에 의해 폐쇄된다. 구조체는 각각의 중앙에 회전 가능한 지지체용 개구를 마련하는 두 개의 원형 엔드 플레이트, 각각에 인접한 2개의 디스크를 이격시키고, 이격시킨 부분에 대해 상기 중앙 내부 공간을 한정하는 복수의 원통형 부분, 및 구형파 형태의 모듈식 구성 요소로 만들어지며 각 단부에서 상기 2개의 원형 엔드 플레이트에 연결된 구형파 형태의 모듈식 구성 요소로 제조된 복수의 종방향 부재를 포함할 수 있다. 구형파 형태의 각 모듈식 구성 요소는 복수의 원통형 부분의 각 원통형 부분에 고정된 파동골(wave trough), 연속적인 필터 섹터를 지지하기 위한 상승 파동 에지 및 하강 파동 에지, 및 외부 원통형 슬리브를 지지하기 위해 하나 또는 다른 원형 엔드 플레이트로부터 등거리에 있는 다른 파고점(wave crest)과 상호 작용하는 파고점을 갖는 구형파를 가질 수 있다.
각각의 구형파는 U자형 단면을 갖는 지지 가이드가 맞대기 용접된(butt-welded) 상승 파동 에지 및 하강 파동 에지에 마주보는 필터 섹터를 수용하고 지지하기 위한 U자형 요소일 수 있다. 장치 또는 구조는, 서로로부터 이격되고 지지 가이드의 하단을 지지하기 위해 원통형 부분의 각 측면에 장착되는 근위 링(proximal ring) 및 원위 링(distal ring)을 포함하는 한 쌍의 링을 포함할 수 있으며, 원통형 부분과 접촉하는 근위링에는 각진 등거리의 만입부(indentation)가 마련된다. 파동골은 내부 원통형 부분과 접촉하는 근위 링 상의 각진 등거리의 한 쌍의 만입부와 맞물리도록 설계된, 상승 파동 에지 및 하강 파동 에지와 동축인 한 쌍의 만입부를 가질 수 있다. U자형 요소는 연속적인 U자형 요소에 연결되도록 구성된 파고점을 가질 수 있으며, 파고점은 외부 원통형 슬리브의 일부를 지지하기 위해 대향 플레이트를 지지한다.
장치는 여과된 액체를 수득하기 위해 여과될 액체에 부분적으로 침지되는 것을 의미하는 필터를 포함할 수 있다. 필터는 필터 섹터 지지 구조체(structure supporting filter sectors), 역세척 장치(backwash apparatus), 및 역세척 장치에 여과된 액체를 공급하기 위한 공급 시스템을 포함할 수 있고, 필터 섹터는 여과된 액체를 함유하는 내부 공간으로부터 여과될 액체를 함유하는 외부 영역을 분리하도록 배치되고, 여과된 액체는 여과될 액체의 수위 L 보다 낮은 수위로 유지되고, 지지 구조체는 외부 지지체 상의 축 주위에 회전 가능하게 장착되고, 여과된 액체의 유출을 허용하는 적어도 하나의 통로를 갖는다.. 공급 시스템은 내부 공간을 통과하도록 배치된 역세척 연결 튜브(backwash connecting tube), 및 역세척 연결 튜브에 연결되며 내부 공간 내로 연장되는 복수의 스프레이 튜브(spray tubes)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 장치는 여과된 액체를 수득하기 위해 여과될 액체에 부분적으로 침지되는 것을 의미하는 필터 또는 회전 디스크 필터를 포함한다. 필터는 필터 섹터 지지 구조체, 역세척 장치, 및 역세척 장치에 여과된 액체를 공급하기 위한 공급 시스템을 포함할 수 있으며, 필터 섹터는 여과된 액체를 함유하는 내부 공간으로부터 여과될 액체를 함유하는 외부 영역을 분리하도록 배치되고, 여과된 액체는 여과될 액체의 수위 L 보다 낮은 수위로 유지되고, 지지 구조체는 외부 지지체 상의 축 주위에 회전 가능하게 장착되고, 여과된 액체의 유출을 허용하는 적어도 하나의 통로를 갖는다. 공급 시스템은 내부 공간을 통과하도록 배치된 역세척 연결 튜브(backwash connecting tube), 및 역세척 연결 튜브에 연결되며 내부 공간 내로 연장되는 복수의 스프레이 튜브(spray tubes)를 포함할 수 있다.
장치는 축을 중심으로 회전할 수 있도록 외부 지지체 상에 장착된 두 개의 원형 엔드 플레이트, 및 복수의 디스크에 의해 형성된 구조체를 포함하며, 복수의 디스크 중 엔드 디스크는 2개의 원형 엔드 플레이트에 고정되고, 각 디스크는 내부 반경과 외부 반경을 갖는 원형 링의 형상을 가지며, 내부 반경과 외부 반경 사이에 서로 마주보고 내부 디스크 격실을 한정하는 다수의 필터 섹터를 포함하고, 내부 디스크 격실은 원통형 슬리브에 의해 외부 반경에서 주변으로 폐쇄되고 하나의 디스크를 다른 디스크로부터 분리하는 원통형 부분에 의해 형성된 공동 내부 공간을 향해 내부 반경에서 개방된다. 장치는 저장소, 펌프 및 공급 시스템의 작동을 위한 기구를 포함하는 액체를 공급하기 위한 공급 시스템을 더 포함한다. 공급 시스템은 공통 내부 공간을 통과하는 역세척 연결 튜브, 및 역세척 연결 튜브에 연결되고 여과된 액체를 함유하는 내부 영역 내부에서 여과된 액체의 수위 위로 연장되는 복수의 스프레이 튜브를 포함한다.
장치는 구조체를 회전시키도록 배치된 모터 및 기어 박스를 더 포함할 수 있다. 장치는 역세척 연결 튜브의 회전을 유도하기 위한 진동 장치를 포함할 수 있다. 진동 장치는 각각의 원형 엔드 플레이트의 공통 내부 공간 외부에 위치될 수 있고, 공통 내부 공간 안을 통과하고 축과 동축인 지지체 상에 장착될 수 있다. 원형 엔드 플레이트 중 적어도 하나는 여과된 액체의 유출을 허용하기 위해 공통 내부 공간과 연통하는 어퍼쳐(aperture)를 갖는다. 진동 장치는 어퍼쳐에 고정적으로 장칙된 링 기어(ring gear) 및 역세척 연결 튜브 근처의 역세척 장치에 회전 가능하게 장착된 편심 피니언(eccentric pinion)을 포함할 수 있으며, 편심 피니언은 링 기어와 맞물린다.
대안적으로, 진동 장치는 어퍼쳐에 고정적으로 장착된 로브형 캡(lobed cam) 및 역세척 연결 튜브 근처의 역세척 장치에 회전 가능하게 장착된 롤러 캠 팔로워(roller cam follower)를 포함할 수 있다. 각각의 스프레이 튜브는 필터 섹터를 향하는 복수의 대향 노즐을 가질 수 있다. 여과된 액체를 역세척 장치로 공급하기 위한 공급 시스템은 세척 장치를 공급하도록 구성될 수 있다. 세척 장치는 축에 평행한 구조체 외부에 장착된 세척 연결 튜브, 및 세척 연결 튜브에 결합된 복수의 스프레이 튜브를 포함할 수 있으며, 각각의 스프레이 튜브는 필터 섹터에서 외부로 작용하고 여과된 액체 제트를 접선 방향으로 아래쪽으로 향하게 하기 위해 두 개의 인접한 디스크 사이에서 연장된다. 여과된 액체를 공급하기 위한 공급 시스템은 적어도 하나의 압력 게이지, 적어도 하나의 압력 스위치 및/또는 적어도 하나의 카트리지 필터를 더 포함할 수 있다. 장치는 여과된 액체가 필터 섹터를 통해 원형 엔드 플레이트에 마련된 적어도 하나의 어퍼쳐 밖으로 흐르도록 구성될 수 있다. 장치는 여과될 액체용 컨테이너를 더 포함할 수 있다. 장치는 컨테이너에 배치된 선반(shelf)을 포함할 수 있고, 필터는 필터가 컨테이너에서 여과될 액체의 수위 위로 돌출하도록 선반에 놓인다. 대안적으로, 장치는 필터가 컨테이너에서 여과될 액체의 수위 위로 돌출하도록 필터를 지지하는 레그(legs) 세트를 포함할 수 있다. 여과된 액체는 필터 내부에서 및 필터로부터 여과된 액체의 유출을 허용하기 위한 어퍼쳐에서 수위를 가질 수 있다. 필터 섹터는 2 내지 40 ㎛의 기공을 갖는 여과 재료(filtering material)를 포함할 수 있다. 필터 섹터는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, PTFE, 스테인리스 강, 및 나일론을 포함하는 그룹으로부터 선택된 직물 또는 여과 재료를 포함할 수 있다. 여괴될 액체는 1 내니 50 g/L의 농도를 갖는 부유 고형물을 함유할 수 있다. 장치는 필터 섹터의 외부로 및 필터 섹터에 아주 근접하게 난류 운동을 생성하기 위해 매크로 버블과 나노 버블 사이의 크기를 갖는 기포를 주입하기 위한 공기 공급기(air feeders)를 포함할 수 있다. 여과될 액체의 수위과 여과된 액체의 수위 사이의 높이는 0 내지 3 m일 수 있고, 필터 섹터 상에 침착된 층의 두께는 0 내지 0.06 m일 수 있다. 여과된 액체(4)의 플럭스는 0 내지 5,000 L/(m2h)이다. 여과된 액체에서의 부유 고형물 함량은 0 내지 10 mg/L일 수 있다다. 디스크의 회전 속도는 0 내지 1.047 rad/s (10 rpm)일 수 있다. 디스크 개수는 1 내지 40개일 수 있다. 디스크의 지름은 0.5 내지 4 m일 수 있다.
장치는 여과된 액체를 수득하기 위해 여과될 액체에 부분적으로 침지되는 것을 의미하는 필터를 포함할 수 있다. 필터는 필터 섹터를 지지하는 구조체를 포함할 수 있다. 필터가 부분적으로 침지되면, 필터 섹터는 여과된 액체를 함유하는 내부 영역으로부터 여과될 액체를 함유하는 외부 영역을 분리하고, 여과된 액체는 여과될 액체의 수위보다 낮은 수위로 유지되고, 지지 구조체는 외부 지지체 상의 축 주위에 회전 가능하게 장착되며, 여과된 액체의 유출을 허용하기 위한 적어도 하나의 통로를 가지며, 내부 영역은 액체를 보유하기 위해 두 개의 분리된 비접촉 부분으로 나뉜다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 장치는 여과된 액체를 수득하기 위해 여과될 액체에 부분적으로 침지되는 것을 의미하는 필터를 포함한다. 필터는 필터는 필터 섹터를 지지하는 구조체를 포함할 수 있다. 필터가 부분적으로 침지되면, 필터 섹터는 여과된 액체를 함유하는 내부 영역으로부터 여과될 액체를 함유하는 외부 영역을 분리하고, 여과된 액체는 여과될 액체의 수위보다 낮은 수위로 유지되고, 지지 구조체는 외부 지지체 상의 축 주위에 회전 가능하게 장착되며, 여과된 액체의 유출을 허용하기 위한 적어도 하나의 통로를 가지며, 내부 영역은 액체를 보유하기 위해 두 개의 분리된 비접촉 부분으로 나뉜다.
필터는 프레임에 배치될 수 있고 용기(vessel) 내에 위치할 수 있고 축을 중심으로 회전할 수 있도록 외부 지지체 상에 장착된 제1 원형 엔드 플레이트 및 제2 원형 엔드 플레이트를 포함하는 필터 구조체, 제1 원형 엔드 플레이트와 제2 원형 엔드 플레이트가 각각 장착되는 제1 엔드 디스크(end disc) 및 제2 엔드 디스크를 포함하는 복수의 디스크, 및 여과된 액체의 유출을 허용하기 위해 공통 내부 공간과 연통하는 적어도 유출 어퍼쳐를 포함하며, 각 디스크는 내부 반경 및 외부 반경을 가지는 원형 링 형태이며 내부 반경과 외부 반경 사이에 서로 마주하며 내부 디스크 격실을 한정하는 복수의 필터 섹터를 가지며, 내부 디스크 격실은 원통형 슬리브에 의해 외부 반경에서 주변으로 폐쇄되고 하나의 디스크를 다른 디스크로부터 분리하는 원통형 부분에 의해 형성된 공동 내부 공간을 향해 내부 반경에서 개방되고, 유출 어퍼쳐는 제1 원형 엔드 플레이트 또는 제2 원형 엔드 플레이트 중 하나에서 제1 플랜지에 의해 플랜지된 어퍼쳐에 연결되며, 내부 공통 공간은 분리 벽으로 나뉜다.
각 부분에는 각각의 탁도 센서(turbidity sensor)가 마련될 수 있다. 장치는 적어도 하나의 전동식 스톱 밸브를 더 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 전동식 스톱 밸브 각각은 여과된 액체의 유출을 막기 위해 각각의 유출 어퍼쳐의 하류에 마련된다. 각각의 원형 엔드 플레이트는 디스크의 내부 반경과 동일한 내부 반경을 갖는 원형 링 형상일 수 있고, 디스크의 외부 반경과 동일한 외부 반경과 내부 반경 사이에 엔드 디스크에 속하는 동일한 복수의 필터 섹터를 마주하는 복수의 필터 섹터를 갖는다. 각각의 외부 지지체는 제1 플랜지에 의해 원형 엔드 플레이트의 플랜지된 어퍼쳐에 연결된 유출 어퍼쳐를 지지하도록 구성되고, 제2 플랜지에 의해 필터의 프레임에 결합되는 부싱-베어링 슬리브(bushing-bearing sleeve)에 슬라이딩 마찰부(sliding friction) 또는 부싱(bushing)을 가지며, 부싱은 내부적으로 유출 어퍼쳐의 옆에 있고, 각 단부상에 유출 어퍼쳐 및 부싱-베어링 슬리브와 동축인 근위 및 원위 래버린스 밀봉부(labyrinth seals)를 가지며, 부싱 및 제2 래버린스 밀봉부는 유출 어퍼쳐에 하드 스톱(hard stops)에 대한 이동 제한을 갖는다. 장치는 근위 및 원위 래버린스 밀봉부를 포함할 수 있으며, 링들 사이의 내부 공간을 한정하기 위해 외부 홈을 갖는 내부 링 및 외부 홈에 동축으로 결합되는 내부 홈을 갖는 외부 링을 포함하며, 둘 다 유출 어퍼쳐 및 부싱-베어링 슬리브에 견고하게 연결된다. 내부 링 및 외부 링은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)으로 제조된다. 장치는 원위 및 근위 래버린스 밀봉부 내부의 공간에 채널에 의해 연결된 외부 슬리브의 상부에서 윤활 노즐을 포함할 수 있으며, 부싱의 내부 부분은 유출 어퍼쳐에 의해 한정된다. 구조체는 외부 지지체 상의 축 주위에 회전 가능하게 장착될 수 있으며, 기어 박스 및 트랜스미션 샤프트(transmission shaft)를 포함하는 제1 그룹에 의해 회전될 수 있다. 장치는 제1 그룹과 함께 작동하도록 배치된 제2 기어 박스 및 트랜스미션 샤프트를 포함하는 제2 그룹을 더 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 그룹은 장치의 반대쪽 단부에 있다. 장치는 제1 여과된 물 공급 시스템 및 제2 여과된 물 공급 시스템을 포함할 수 있으며, 각각의 여과된 물 공급 시스템은 여과된 물용 저장소, 펌프 및 역세척 장치 및 세척 장치로의 여과된 물의 공급을 제어하기 위한 제어부를 포함한다. 역세척 장치는 공통 내부 공간을 통과하는 역세척 연결 튜브 및 역세척 연결 튜브에 연결된 복수의 스프레이 튜브를 포함할 수 있으며, 각각의 스프레이 튜브는 각 디스크의 각 내부 영역을 연장하고, 각각의 스프레이 튜브는 필터 섹터를 향하는 복수의 대향 노즐을 갖는다. 장치는 여과된 액체의 수위 위에 있는 내부 영역과 연통하는 제1 단부 및 외부 환경과 선택적으로 연통하는 제2 단부를 갖는 적어도 하나의 압력 보상 튜브, 및 내부 영역에 국부적으로 대기압보다 높은 압력을 선택적으로 제공하기 위한 펌프를 포함할 수 있다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 총 부유 고형물이 10 mg/L 미만인 여과된 액체를 제조하기 위하여 제1 면 및 제2 면을 갖는 액체 투과성 요소를 사용하여 총 부유 고형물이 1 내지 50 g/L인 액체를 여과하는 방법으로서, 액체를 통해 액체 투과성 여과 요소를 순환시키는 단계를 포함하며, 상기 단계에 의해 제1 위치에서 여과 요소의 제1 면의 영역이 압력 하에 액체에 노출되고 여과 요소에 걸친 압력이 0 내지 5.9 kPa이며, 제2 위치에서 영역은 압력 하에 액체에 노출되지 않거나 저압에서 액체에 노출되고, 여과 요소의 제1 면에 축적된 고형물은 여과 요소를 통해 적어도 하나의 제트를 여과 요소의 제2 면에서 여과 요소의 제1 면을 향하게 하여 제거될 수 있고, 여과 요소는 기공 크기를 가지며, 여과 요소는 투과 플럭스가 200 내지 5,000 L/(m2h)이고 제거될 때 축적된 고형물의 층 두께가 0 내지 6 cm이 되도록 하는 속도로 순환한다.
액체 투과성 여과 요소는 액체를 통해 순환하도록 배치되어, 제1 위치에서 여과 요소의 제1 면의 영역이 압력 하에서 액체에 노출되고 여과 요소에 걸친 압력이 0 이상 3.9 kPa (40 cmH2O) 이하가 될 수 있다. 기공 크기는 2 내지 40 ㎛일 수 있고, 15 내지 25 ㎛일 수 있다. 속도는 0.25 내지 30 m/min이다. 방법은 총 부유 고형물이 15 내지 40 g/L, 예를 들어 20 내지 40 g/L인 액체를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 여과 요소가 제2 위치에 도달할 때 축적된 고형물의 두께는 0 내지 2 cm이다. 여과 요소는 0 내지 1.047 rad/s (10 rpm), 0 내지 0.21 rad/s (2 rpm) 또는 0 내지 0.105 rad/s (1 rpm)로 순환하도록 구성될 수 있다. 투과 플럭스는 1,000 L/(m2h) 내지 5,000 L/(m2h), 예를 들어 2,000 L/(m2h) 내지 5,000 L/(m2h)로 구성될 수 있다. 액체 투과성 여과 요소는 다양한 기공 크기를 갖는 기공을 포함할 수 있으며, 기공 크기는 2 내지 40㎛이다. 방법은 기포를 액체 내로 도입시키는 단계를 포함할 수 있다.
액체 투과성 여과 요소는 메시(mesh)를 포함할 수 있다. 액체 투과성 여과 요소는 폴리머(polymer), 예를 들어 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), PTFE, 또는 나일론(nylon)을 포함할 수 있다. 액체 투과성 여과 요소는 금속, 스테인리스 강을 포함할 수 있다. 액체 투과성 여과 요소는 액체에 부분적으로 침지될 수 있다. 액체 투과성 여과 요소의 50 내지 75%가 액체에 침지되어 있다. 축적된 고형물은 주기적으로 제거될 수 있다. 축적된 고형물은 매 사이클마다 제거될 수 있다. 주기는 10 내지 1000 s일 수 있다. 방법은 여과 요소에 걸친 압력을 제어하기 위해 여과 요소에 걸친 액체와 여과된 액체 사이의 높이 차이를 야기하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 위치에서 영역은 액체 보다 위에 있을 수 있다. 방법은 미리 결정된 수위를 초과하는 여과 요소에 걸친 압력에 따라 여과 요소의 제1 면에서 제트를 지향 시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 미리 결정된 수위를 초화하는 여과 요소에 걸친 압력에 따라 기포를 액체에 도입시키거나 도입 속도를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
액체는 폐수일 수 있다.
본 발명의 제6 측면에 따르면, 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터에 의해 실행될 때 컴퓨터가 방법을 수행하게 한다.
본 발명의 제7 측면에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터를 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체(비 일시적일 수 있음)를 포함한다.
본 발명의 제8 측면에 따르면, 장치를 포함하는 시스템, 장치를 모니터링하도록 배치된 하나 이상의 센서 세트, 장치를 제어하도록 배치된 하나 이상의 액츄에이터 세트 및/또는 하나 이상의 모터 세트 및 하아 이상의 센서 세트로부터 신호를 수신하도록 배치되고 하나 이상의 액츄에이터 세트 및/또는 하나 이상의 모터 세트를 제어하기 위해 제어 신호를 제공하도록 배치된 컴퓨터 시스템이 마련된다.
컴퓨터 시스템은 여과 요소 상의 고형물의 침착 속도, 고형물의 압축 정도 및/또는 고형물이 액체로 다시 재도입되는 속도를 제어하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다:
도 1은 액체 여과 장치의 개략도이다;
도 2는 여과 요소 배열의 개략적인 사시도이다;
도 3은 대안적인 여과 요소 배열의 개략적인 사시도이다;
도 4는 디스크를 개략적으로 도시한다;
도 5는 여과 중 여러 단계를 개략적으로 도시한다;
도 6은 기판이 현탁액에 도입될 때, 현탁액, 기판 및 여과액을 개략적으로 도시한다;
도 7은 기판이 현탁액으로부터 제거될 때 현탁액, 기판 및 여과액을 개략적으로 도시한다;
도 8은 여과 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 시스템의 개략적인 블록도이다;
도 9는 회전 디스크 필터를 위한 구조의 사시도이다.
도 10은 동일한 구조의 내부 원통형 부분과 조합된 구조의 종방향 부재의 사시도이다.
도 11은 도 10을 확대한 상세도이다;
도 12는 도 9에 도시된 구조의 내부 원통형 부분과 조립된 모듈식 구성요소의 사시도이다;
도 13은 내부 원통형 부분과 함께 본 발명에 따른 구조의 모듈식 구성 요소의 분해 사시도이다;
도 14는 도 12에 도시된 구조의 부분 분해 사시도이다;
도 15는 도 14에 도시된 구조의 조립 사시도이다;
도 16은 정화 용기 내의 회전 디스크 농축 진공 필터의 사시도이다;
도 17은 회전 디스크 필터 및 이의 역세척 장치의 구조의 부분 단면의 개략적인 측면도이다;
도 18은 도 17에서 원으로 도시한 부분을 확대한 상세도이다;
도 19는 예시의 명확성을 위해 일부분이 제거된, 도 17에 도시된 회전 디스크 필터의 사시도이다;
도 20은 예시의 명확성을 위해 일부분이 제거된, 도 19에 도시된 역세척 장치의 사시도이다;
도 21은 제1 위치에서의 역세척 장치를 도시하는, 도 19에 도시된 회전 디스크 필터의 좌측 단부도이다;
도 22는 제2 위치에서의 역세척 장치를 도시하는, 도 19에 도시된 회전 디스크 필터의 좌측 단부도이다;
도 23은 회전 디스크 필터의 좌측 단부도이다;
도 24는 디스크 세척 장치를 도시하는, 도 19에 도시된 회전 디스크 필터의 좌측 단부도이다;
도 25는 도 24에 도시된 디스크 세척 장치의 스프레이 튜브를 도시하는 사시도이다;
도 26은 농축 여과 장치의 사시도이다;
도 27은 도 26의 장치의 디스크 구조의 부분 사시도이다;
도 28은 용기(미도시)에 침지된 도 26의 장치의 종단면도이다;
도 29는 도 28에 도시된 디스크 부분을 확대한 계략적 상세도이다;
도 30은 지지체를 확대한 계략적 상세도이다;
도 31은 예시의 명확성을 위해 일부분이 제거된, 도 30에 도시된 지지체의 분해 사시도이다;
도 32는 예시의 명확성을 위해 일부분이 제거된, 도 31에 도시된 조립된 지지체의 사시도이다;
도 33은 도 30에 도시된 지지체의 밀봉 래버린스형 내부 요소(sealing labyrinth-shaped internal element)의 사시도이다;
도 34는 도 33의 밀봉 래버린스형 내부 요소의 단부도이다;
도 35는 A-A 선을 따른 도 34에 도시된 요소의 섹션이다;
도 36은 도 35에 도시된 요소를 확대한 상세도이다;
도 37은 도 30에 도시된 밀봉 래버린스형 외부 요소의 사시도이다;
도 38은 도 37에 도시된 밀봉 래버린스형 외부 요소의 단부도이다;
도 39는 B-B 선을 따른 도 38에 도시된 요소의 섹션이다;
도 40은 도 39에 도시된 요소를 확대한 상세도이다;
도 41은 압력 보상 튜브가 추가된, 도 19에 도시된 역세척 장치의 사시도이다;
도 42는 도 41에 도시된 압력 보상 튜브를 도시하는 단부도이다;
도 43은 보(weir) 및 밸브를 포함하는 여과 장치의 제1 배출 장치를 도시한다;
도 44는 보 없이 밸브를 포함하는 여과 장치의 제2 배출 장치를 도시한다;
도 45는 흡입 펌프를 포함하는 여과 장치의 제3 배출 장치를 도시한다;
도 46은 수중 펌프를 포함하는 여과 장치의 제4 배출 장치를 도시한다;
도 47은 흡입 펌프와 디펜딩 파이프(depending pipe)를 포함하는 여과 장치의 제5 배출 장치를 도시한다.
도 1은 액체 여과 장치의 개략도이다;
도 2는 여과 요소 배열의 개략적인 사시도이다;
도 3은 대안적인 여과 요소 배열의 개략적인 사시도이다;
도 4는 디스크를 개략적으로 도시한다;
도 5는 여과 중 여러 단계를 개략적으로 도시한다;
도 6은 기판이 현탁액에 도입될 때, 현탁액, 기판 및 여과액을 개략적으로 도시한다;
도 7은 기판이 현탁액으로부터 제거될 때 현탁액, 기판 및 여과액을 개략적으로 도시한다;
도 8은 여과 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 시스템의 개략적인 블록도이다;
도 9는 회전 디스크 필터를 위한 구조의 사시도이다.
도 10은 동일한 구조의 내부 원통형 부분과 조합된 구조의 종방향 부재의 사시도이다.
도 11은 도 10을 확대한 상세도이다;
도 12는 도 9에 도시된 구조의 내부 원통형 부분과 조립된 모듈식 구성요소의 사시도이다;
도 13은 내부 원통형 부분과 함께 본 발명에 따른 구조의 모듈식 구성 요소의 분해 사시도이다;
도 14는 도 12에 도시된 구조의 부분 분해 사시도이다;
도 15는 도 14에 도시된 구조의 조립 사시도이다;
도 16은 정화 용기 내의 회전 디스크 농축 진공 필터의 사시도이다;
도 17은 회전 디스크 필터 및 이의 역세척 장치의 구조의 부분 단면의 개략적인 측면도이다;
도 18은 도 17에서 원으로 도시한 부분을 확대한 상세도이다;
도 19는 예시의 명확성을 위해 일부분이 제거된, 도 17에 도시된 회전 디스크 필터의 사시도이다;
도 20은 예시의 명확성을 위해 일부분이 제거된, 도 19에 도시된 역세척 장치의 사시도이다;
도 21은 제1 위치에서의 역세척 장치를 도시하는, 도 19에 도시된 회전 디스크 필터의 좌측 단부도이다;
도 22는 제2 위치에서의 역세척 장치를 도시하는, 도 19에 도시된 회전 디스크 필터의 좌측 단부도이다;
도 23은 회전 디스크 필터의 좌측 단부도이다;
도 24는 디스크 세척 장치를 도시하는, 도 19에 도시된 회전 디스크 필터의 좌측 단부도이다;
도 25는 도 24에 도시된 디스크 세척 장치의 스프레이 튜브를 도시하는 사시도이다;
도 26은 농축 여과 장치의 사시도이다;
도 27은 도 26의 장치의 디스크 구조의 부분 사시도이다;
도 28은 용기(미도시)에 침지된 도 26의 장치의 종단면도이다;
도 29는 도 28에 도시된 디스크 부분을 확대한 계략적 상세도이다;
도 30은 지지체를 확대한 계략적 상세도이다;
도 31은 예시의 명확성을 위해 일부분이 제거된, 도 30에 도시된 지지체의 분해 사시도이다;
도 32는 예시의 명확성을 위해 일부분이 제거된, 도 31에 도시된 조립된 지지체의 사시도이다;
도 33은 도 30에 도시된 지지체의 밀봉 래버린스형 내부 요소(sealing labyrinth-shaped internal element)의 사시도이다;
도 34는 도 33의 밀봉 래버린스형 내부 요소의 단부도이다;
도 35는 A-A 선을 따른 도 34에 도시된 요소의 섹션이다;
도 36은 도 35에 도시된 요소를 확대한 상세도이다;
도 37은 도 30에 도시된 밀봉 래버린스형 외부 요소의 사시도이다;
도 38은 도 37에 도시된 밀봉 래버린스형 외부 요소의 단부도이다;
도 39는 B-B 선을 따른 도 38에 도시된 요소의 섹션이다;
도 40은 도 39에 도시된 요소를 확대한 상세도이다;
도 41은 압력 보상 튜브가 추가된, 도 19에 도시된 역세척 장치의 사시도이다;
도 42는 도 41에 도시된 압력 보상 튜브를 도시하는 단부도이다;
도 43은 보(weir) 및 밸브를 포함하는 여과 장치의 제1 배출 장치를 도시한다;
도 44는 보 없이 밸브를 포함하는 여과 장치의 제2 배출 장치를 도시한다;
도 45는 흡입 펌프를 포함하는 여과 장치의 제3 배출 장치를 도시한다;
도 46은 수중 펌프를 포함하는 여과 장치의 제4 배출 장치를 도시한다;
도 47은 흡입 펌프와 디펜딩 파이프(depending pipe)를 포함하는 여과 장치의 제5 배출 장치를 도시한다.
이하에서, 동일한 요소는 동일한 참조 번호로 표시된다.
도입
도 1을 참조하면, 여과된 액체(4)를 생성하기 위해 액체(2)로부터 고형물(3)을 제거함으로써 폐수와 같은 현탁액(2)(이하, "액체" 또는 "피드(feed)")를 여과하는 장치(1)가 도시되어 있다.
장치(1)는 수위(L)까지 액체(2)로 채워지는, 탱크와 같은 컨테이너(5)를 포함한다. 수위(L)은 여과된 액체(4)(이하, "여과액(filtrate)")가 유출 측으로부터 제거될 때 유입 측의 컨테이너(5)에 액체(2)를 공급함으로써 유지될 수 있다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 액체(2)의 수위(L) 및 여과된 액체(4)의 수위(Lf)은 여과 공정을 제어하기 위해 변경될 수 있다.
장치(1)는 기체, 바람직하게 공기의 기포(7)를 액체(2) 내로 도입하기 위한 가스 공급기(들)(6)(또는 "에어레이터(aerators)"), 및 가스 공급기(6) 위의 액체(2)에 적어도 부분적으로 침지된 여과 장치(filtering machine, 8)((p/o)의 일부만 도 1에 도시됨)를 포함한다. 여기에서, 여과 장치(8)는 단순히 "필터"라고 지칭될 수 있다.
여과 장치(8)는 하나 이상의 액체 투과성 여과 요소(9)(여기에서, "여과 요소", "여과 섹터", "기판" 또는 "메쉬"라고도 함)을 포함하며, 각각의 여과 요소(9)는 제1 및 제2 대향면(opposite faces, 10, 11)(여기에서 "외부 및 내부면(outer and inner faces)" 또는 "외면 및 내면(external and internal faces)"이라고도 함)을 가지며, 액체(2) 안팎으로 순환될(또는 주기적으로 이동될) 수 있다.
여과 요소(9)가 액체(2)에 침지되는 동안, 액체(2)는 압력 하에 여과 요소(9)를 통과할 수 있다. 액체(2)가 여과 요소(9)를 통과할 때, 고형물(3)은 액체(2)로부터 제거되고 여과 요소(9)의 제1 면(10) 상에 층(14)으로서 침착(또는 "축적")된다. 여기에서, 층(14)은 또한 "침착층(deposited layer)", "축적층(accumulated layer)", "슬러지층(sludge layer)", "케이크(cake)" 및 "동적 멤브레인(dynamic membrane)"으로 지칭될 수 있다.
하나 이상의 내부 노즐(15)(여기에서 "스프레이 바(spray bar)"라고도 함)은 여과 요소(9)에 침착된 층(14)의 두께를 조절하기 위해 (여과된 액체(4)와 같은) 액체의 스프레이(들) 또는 제트(들)(16)를 여과 요소(들)(9)의 내부면(11)로 향하게 하기 위해 사용될 수 있다. 스프레이(들)(16)은 여과 요소(9)의 외부면(10)과 및 층(14) 사이에 유체의 얇은 경계 층(17)을 유지하기 위해 사용될 수 있다.
하나 이상의 외부 노즐(18)은 층(14)을 제거하는 것을 돕기 위해 액체의 스프레이(들) 또는 제트(들)(19)를 여과 요소(9)의 외부면(10)으로 향하게 하는데 사용될 수 있다.
장치(1)는 고형물의 침착 속도, 고형물의 압축 정도 및 고형물을 액체로 다시 재도입시키는 속도를 제어하기 위해 배치된다. 멤브레인 생물 반응기에서는 멤브레인 상에 고형물이 침착되는 것이 방지되거나 회피되는 반면, 본원에 기술된 장치(1)에서는 액체 투과성인 침착층(14)이 추가적인 미세 여과를 제공하는데 사용된다.
5 내지 40㎛의 메쉬가 없는 통로를 갖는 액체 투과성 여과 요소(9)에 대해 측정한 결과, 침착층(14)이 0.04 내지 4㎛의 동등한 공칭 기공 크기를 갖는 것으로 나타났다.
또한, 도 2를 참조하면, 여과 요소(9)는 환형 필터(20)를 형성하도록 조립되는 얇은 환형 섹터형 여과 요소(9)(이하, "필터 섹터"라고도 함)의 형태를 갖는다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 필터 섹터(9)는 필터 섹터가 교체될 수 있도록 하는 각각의 "U"자형 요소("홀더(holder)" 또는 "랙(rack)")로 유지될 수 있다.
또한, 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 한 쌍의 축 방향-오프셋 환형 필터(20)는 액체가 침지된 여과 요소(9)를 통해 반대쪽으로 흐르는 환형 공간(34)을 갖는 디스크(31)의 일부를 형성한다. 여과 장치(8)는 일렬로 배열된 이러한 디스크(31)(도 26)의 어레이(또는 "배터리")를 포함한다.
환형 필터(20)는 부분적으로 침지되고, 액체(2)의 수위(L)에 대해 수직 또는 경사지게 배향되고 회전축(21)을 중심으로 회전한다. 따라서, 여과 요소(9)는 액체(2)를 통과하고, 액체(2)를 통해 이동한 다음 액체(2)가 원형 경로를 따라 이동하는 상태로 남는다. 여과 요소(9)가 액체(2) 내에 있는 동안, 액체(2)는 압력 하게 여과 요소(9)를 통과한다.
환형 섹터 형상을 갖는 여과 요소(9)를 갖는 회전 디스크 여과 장치의 형태인 여과 장치의 실시예가 여기에 기술되어 있지만, 여과 장치 및 여과 요소(들)(9)는 액체(2)의 안팎으로 순환할 수 있는 다른 형태를 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 여과 요소(9)는 원통형 필터(20')를 형성하는 원통형 필터 요소(9)의 형태를 가질 수 있다. 대안적으로, 여과 요소(9)는 원통형 필터(20')를 형성하기 위해 조립될 수 있는 곡선 부분의 형태를 가질 수 있다. 원통형 필터(20')는 회전축(21')으로 작용하는 중심 축을 갖는다. 액체(2)의 수위(L)에 평행하게 배향된 중심축(21')을 갖는 원통형 필터(20')는 부분적으로 침지된다.
액체 투과성 여과 재료의 벨트 또는 밴드와 같은 다른 여과 요소 형상 및 배열이 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 여과 장치(8)는 수평으로 분리되고 수직으로 배향된(또는 비스듬히) 복수(명확성을 위해 하나만 도시됨)의 디스크(31)를 포함하며, 각 디스크(31)는 제1 및 제2 환형 필터(20)를 포함하며, 각 환형 필터(20)는 바람직하게 플라스틱으로 만들어진 여과 요소(9)를 포함한다.
디스크(31)는 40 내지 75% 침지율(침지된 디스크 영역의 비율)를 갖는 유체(2)에 부분적으로 침지된다. 따라서, 각 디스크(31)의 제1 부분(32)(비음영으로 도시)은 유체(2)의 수위 보다 위에 있으며(즉, 침지되지 않음), 디스크(31)의 제2 부분(33)은 침지된다.
환형 공간(34)은 여과된 액체(4)가 모이는 제1 및 제2 환형 필터(20) 사이에 형성된다. 여과된 액체(4)는 내부 공간(35)을 통해 배출된다.
여과 장치(8)는 디스크(31)가 분당 0 내지 10 회전(0 내지 10(2π/60) rad/s)으로 회전하도록 배치된다.
도 5를 참조하면, 액체(2), 여과 요소(9) 및 슬러지(14) 사이의 정전기적 인력 및 반발이 여과 공정에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 물은 친수성이며, 음전하를 갖는다. 여과 요소(9)가 특히 폴리에틸렌과 같은 플라스틱으로 형성되는 경우, 여과 요소(9)는 매우 소수성이며 양전하를 갖는 경향이 있다. 슬러지(14)는 소수성이며 소량의 양전하를 띠는 경향이 있다.
t = 0 내지 t = t1 (0 ≤ t ≤ t1)인 제1 주기 중에, 기판(9)이 처음 액체(2)에 들어가고 수두차(head difference) Δ가 0 내지 Δ1 (0 ≤ Δ ≤ Δ1)이면, 기판(9)은 기판(9)을 통한 액체(2)의 흐름에 실질적으로 저항을 제공하지 않는다. 수두차가 작기 때문에, 플럭스(F)는 0 내지 F1 (0 ≤ F ≤ F1)로 낮다. t1의 값은 약 1 s이며, Δ1은 약 0.5 cm이다.
기판(9)은 일반적으로 슬러지(14)를 포함하지 않는다. 기공 크기(P)를 갖는 기판 어퍼쳐(즉, 기공)보다 큰 고체 입자(3)는 반발되는 경향이 있다. 그러나, 기판(9)이 더 침지되고 수두차 Δ가 증가함에 따라, 기판(9)을 통한 유체(2)의 흐름은 고체 입자(3)를 기판(9)쪽으로 밀어내어 얇은 케이크(14)를 형성한다.
t = t1 내지 t = t2의 제2 주기 동안, 수두차 Δ는 증가하며 Δ1 내지 Δ2 (Δ1 ≤ Δ ≤ Δ2)이다. 기판(9)은 기판(9)을 통한 액체(2)의 흐름에 약간의 저항을 제공하기 시작한다. 입자(3)는 시판(9) 상에 느슨하게 모이기 시작하고 케이크(14)가 형성되기 시작한다. t2의 값은 약 2 s이며, Δ2은 1 cm이다.
도 6을 참조하면, 얇은 케이크(14)는 물 및 더 작은 입자와 같은 액체(2)의 흐름을 제한하므로, 케이크층(14)은 성장하지만 물(2)은 여전히 케이크층(14) 및 기판을 통해 흐른다. 케이크(14)가 발달함에 따라, 기판(9)과 슬러지(14)의 양전하및 물(2)의 음전하는 기판과 케이크 사이의 얇은 물 경계층(22)을 형성하는 것을 돕는다.
t = t1 내지 t = t3의 제3 주기 동안, 수두차 Δ는 더 증가한다. 따라서, 플럭스(F)는 증가한다. t3의 값은 약 5 s이며, Δ3은 5 cm이다.
케이크가 회전함에 따라, 케이크(14)에 걸친 압력이 떨어지고, 기판이 감소하고, 물 속도가 감소하여 여과 공정이 더 쉬워진다. 케이크(14) 및 기판(9)이 여과액(4)에 들어갈 때 가장 높은 플럭스가 발생한다. 그러나, 케이크(14)가 두꺼워지면, 플럭스(F)가 감소하기 시작할 것이다.
도 7을 참조하면, 케이크(14)가 고형물 현탁액(2)으로 당겨질 때, 중력은 기판의 역 습윤(back wetting)의 도움을 받아 물 경계층(22)에 작용한다. 중력으로부터 케이크(14)에 가해지는 힘이 경계 마찰보다 커지면, 케이크(14)는 고체 현탁액으로 슬라이딩하여 깨끗한 기판(9)을 남긴다.
기판이 현탁액(2)에 재도입될 때 공정이 반복된다. 전술한 바와 같이, 여기에 설명된 여과 공정은 예를 들어 20㎛의 메쉬 크기를 같은 폴리에틸렌과 같은 플라스틱 메쉬를 사용하여 이익을 얻을 수 있다. 이러한 공정은 표면 장력과 함께 흡입 효과인 모세관 작용의 이점을 추가로 얻을 수 있다.
모세관 힘은 매우 강할 수 있으며, 통로 또는 채널(즉 기판의 기공)을 형성하는데 사용되는 물질, 통로 또는 채널("모세관")의 면적뿐만 아니라 물의 출처 및 목적지에 따라 달라진다. 또한, 기판의 내부면(즉, 여과액 측) 상의 수막(water film)이 공기에 노출되므로, 표면 장력도 모세관의 물을 끌어당겨 모세관을 통해 물을 가속화한다. 동시에, 이 힘은 동일하지만 반대되는 힘을 생성하여 고형물을 밀어내고 메쉬에 더 큰 양전하를 생성한다. 따라서, 여과 재료(9)가 공기에 노출될 때 완전히 젖는 것은 여과를 촉진하는데 도움이 될 수 있고, 놀랍게도 높은 플럭스 속도 및 고품질의 여과액을 초래할 수 있다.
도 1 및 4를 참조하면, 이 공정은 액체(2)를 통해 기판(9)을 순환시킴으로써 수행된다. 디스크(31)의 일부가 액체(2)에 들어가면, 고형물(3)이 디스크(31)에 부착되고 결합된다. 디스크(31)가 계속 회전함에 따라 고형물(3)이 더 축적된다. 1/4 회전이 끝날 때까지, 축적된 층(14)은 0.5 내지 10 mm의 두께 t를 가질 수 있다. 두께 t는 고형물(3) 및 플럭스(F)에 따라 달라진다.
기판(9)을 통해 액체(2)를 밀어내고 고형물(3)의 침착을 야기하는데 사용되는 구동력은 필터의 외부와 내부, 즉 제1 면과 제2 면(10, 11) 사이의 차등 수위Δ에 의해 생성된다. 구동력은 일반적으로 3 내지 5 cm(즉, 3 cm ≤ Δ ≤ 5 cm)이지만, 0.4 m (Δ ≤ 0.4 m) 까지 높을 수 있다.
여과 공정은 기판의 특정 표면을 통과하는 유체의 흐름을 특징으로 하며, 플럭스(F)(L/(m2h) or "LMH"로 측정됨)로 정의할 수 있다. 여과 사이클은 최대 수위 차이에서, 즉 Δ= 40 cm에 대해 250 L/(m2h) 이상, 및 5,000 L/(m2h) 이하의 플럭스를 허용한다.
디스크(31)의 회전(즉, 순환)은 액체(2)에 기판(9)을 배치하여 동적 멤브레인(14)이 형성되도록 할 뿐만 아니라, 액체(2)로부터 기판(9)을 제거하고 동적 멤브레인(14)의 형성을 제어하는데 사용된다. 그냥 냅두면, 기판(9)이 막히고 부분적으로 탈수될 때까지 고형물(3)의 침착이 계속될 것이다.
탈수를 피하기 위해, 여과액(즉, 여과된 유체(4))의 스프레이(16) 또는 다른 공급원으로부터의 유체가 유체 수위(L) 위 또는 아래에서 기판(9)의 내부 표면(11)에 적용될 수 있다. 생물학적 에어레이션(aeration) 또는 추가 기기 에어레이션과 함께 내부 스프레이(16)는 과도하게 고형물이 축적되는 것을 방지하는데 도움이 될 수 있다. 회전, 에어레이션, 여과액(또는 다른 깨끗한 액체)의 외부 스프레이(19), 수주차, 기판 기공 크기(또는 "어퍼쳐 크기"), 및 내부 스프레이의 조합은 주어진 적용에 대해 동적 멤브레인(14)의 원하는 두께(t)를 유지하는데 도움이 된다.
아래 표 1은 여과를 위한 다양한 프로그램(회전 속도 및 시간 설정, 역세척 및 에어레이션 사용)을 설명한다.
수차(Water differential) Δ |
회전 속도/시간
0 to 10 rpm (100 % = 10 rpm) |
세척수 | 에어레이션 |
0 - 10 cm | 50% 속도 100% 시간 |
100% 흐름 역세척 100% 시간 역세척 |
미세 기포 생물학적 에어레이션 50% 용량 100% 시간 |
10-15 cm | 위와 동일 | 100% 흐름 역세척 100% 시간 역세척 |
거친 거품 100% speed 간헐적 |
15-20 cm | 100% 속도 100% 시간 |
100% 흐름 역세척 100% 시간 역세척 |
거친 거품 100% 속도 간헐적 |
20+ cm | 위와 동일 | 위와 동일 + 2 회전마다 외부 세척 시스템 1 | 거친 거 품100% 속도 간헐적 |
더 두꺼운 동적 멤브레인(14)은 여과 정도를 증가시키기 위해(즉, 분리를 향상시키기 위해)사용될 수 있다. 최대 수위 차이와 동적 멤브레인 두께를 선택하여 필요한 분리 정도와 여과액 품질을 달성할 수 있다.
디스크(31)가 더 회전함에 따라, 동적 멤브레인(14)은 유체(2)로부터 당겨져 공기에 노출된다. 기판(9)과 동적 멤브레인(14) 사이의 유체 필름(17)은 중력에 의해 기판(9)으로부터 벗겨지고 유체(2)로 되돌아갈 수 있다. 스프레이는 멤브레인이 없는 기판 영역을 형성하는데 도움이 될 수 있다. 수막(film of water)은 멤브레인이 없는 기판 상에 존재할 수 있다. 중력, 및 내부 및 외부 스프레이의 조합은 수막을 가질 수 있는 멤브레인이 없는 기판 영역을 나타낼 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 여과 장치(1)는 적어도 하나의 프로세서(42), 메모리(43), 비휘발성 저장부(44) 및 네트워크 인터페이스(45)를 포함하는 컴퓨터 시스템(41)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(41)은 저장부(44)로부터 메모리(43)에 로드되고 프로세서(들)(42)에 의해 실행되는 제어 소프트웨어(46)를 실행한다. 컴퓨터 시스템(41)은 필터 어레이의 회전을 구동하는 하나 이상의 모터(47) 및/또는 스프레이 바(15, 18)를 위한 펌프(들) 및/또는 밸브(48)를 제어한다. 컴퓨터 시스템(41)은 센서(49), 예를 들어 수위 센서로부터 신호를 수신할 수 있다.
제어 소프트웨어(46)는 수위 차이에 따라 다른 작동 상태 사이에서 기기를 전환하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 큰 수위 차이의 경우, 소프트웨어(46)는 디스크(31)가 더 빠르게 회전하고 더 강한 스프레잉 및 에어레이션을 사용할 수 있게한다. 상대적으로 작은 수위 차이의 경우, 소프트웨어(46)는 디스크(31)가 더 느리게 회전하도록(또는 전혀 아님) 및 강렬한 스프레잉(또는 전혀 아님) 및/또는 적은 에어레이션(또는 전혀 아님)을 사용하게 할 수 있다.
고형물의 과도한 침착의 경우, 동적 멤브레인(14)의 탈수가 발생하여 케이크 여과가 발생할 수 있다. 케이크 여과는 케이크의 국부적인 탈수를 유발하여 움직이지 않고 고정된 조밀한 층이 형성되도록 한다. 외부 스프레이 바(18)는 케이크를 제거하는데 사용될 수 있다. 스프레이(19)는 케이크를 파괴하거나 케이크를 기판(9)에 밀어붙이는 것 보다 시판(9)으로부터 멀리 케이크를 슬라이스하도록 각을 이룬다. 예를 들어, 수위 차이를 충분히 줄일 수 없는 경우, 이러한 형태의 복구 세척을 사용할 수 있다.
일단 제거된 침착층(14)은 유체(2)로 돌아가서 유체("재부유된" 것이라 함)에 혼합되어 유체(2) 내에 재분배된다. 여과 장치(8)는 심지어 필터 부근에서 50 g/L의 국부적인 부유 고형물 함량으로 상승할 수 있는, 2 내지 20g/L 또는 40 g/L의 부유 고형물 함량을 갖는 유체(2)를 처리할 수 있다. 동적 멤브레인(14)은 3 내지 5%의 건조 물질(dry substance, DS)에서 측정되어 유체(2)(5% DS = 50 g/L)로 떨어졌다.
회전 디스크 필터의 구조
도 9를 참조하면, 회전 디스크 필터의 구조체(50)는 사시도로 도시되었다. 디스크(31)는 서로로부터 동축으로 이격되어 있다. 각각의 디스크(31)는 다수의 마주보는 필터 섹터 쌍(미도시)을 가지며, 중앙 내부 공간과 연통한다. 각 디스크(31)는 외부 원통형 슬리브(52)에 의해 폐쇄된다. 회전 필터는 두 개의 원형 엔드 플레이트(53)를 포함하며, 각각의 원형 엔드 플레이트(53)는 회전 가능한 지지체용 개구(55)를 중앙에 마련한다. 원통형 부분(54)는 두 개의 인접한 디스크(31)를 이격시키고, 그 부분에 대해 디스크 필터의 중앙 내부 공간을 한정한다.
엔드 플레이트(53)는 필터 영역을 증가시키기 위해 필터를 보유할 수 있다. 이는 몇 개의 디스크(31)만 사용되는 경우에 사용될 수 있다. 예를 들어, 4개의 디스크 유닛의 엔드 플레이트에 필터를 마련함으로써, 면의 개수가 6개에서 8개로 증가한다.
도 10을 참조하면, 동일한 구조의 내부 원통형 부분과 결합된 구조의 종방향 부재의 사시도가 도시되어 있다.
종방향 부재(56)(이하 "직립 부재"라고 함)는 원통형 부분(54)로부터 반경 방향으로 연장된다. 도 10에 도시된 종방향 부재(56)의 세트는 구조에 마련된 12개의 세트의 종방향 부재(56) 중 하나이다. 도 14에 가장 잘 도시된 바와 같이, 종방향 부재(56)는 중심 축에 대해 30도 간격으로 이격된다. 각각의 종방향 부재(56)는 도 10의 확대된 상세도인 도 11에 더 자세히 도시된 바와 같이 구형파 형태의 연속적인 모듈식 구성요소로 제조된다.
도 12 및 13은 각각 구조의 내부 원통형 부분과 결합된, 구조의 조립되고 확대된 모듈식 구성요소의 사시도이다.
도 12 및 13을 참조하면, 모듈식 구성요소는 구형파 형태로 내부 원통형 부부에 결합된다. 특히, 구평하는 "U"자형 요소(58)로 제조된다. "U"자형 요소(58)는 원통형 부분(54)에 고정된 파동(59) 및 연속적인 필터 섹터를 지지하기 위한 상승 파동 에지(60) 및 하강 파동 에지(61)를 갖는다. 각각의 "U"자형 요소(58)는 또한 외부 원통형 슬리브(52)의 일부를 지지하기 위해 하나 또는 다른 터미널 원형 플레이트(53)으로부터 등거리에 있는 다른 파고점과 상호 작용하는 파고점(63)을 갖는다(도 9). 각각의 "U"자형 요소(58)는 바람직하게 "U"자형 단면을 갖는 채널 형태를 갖는 지지 가이드(64)가 마주하는 필터 섹터(9)를 지지하도록 맞대기 용접되는 상승 파동 에지(60) 및 하강 파동 에지(61)를 가진다.
서로 이격된 한 쌍의 링, 즉 근위 링(65) 및 원위 링(66)은 지지 가이드(64)의 하단을 지지하기 위해 원통형 부분(54)의 각 측에 장착된다. 내부 원통형 부분(54)과 접촉하는 각각의 근위 링(65)에는 각진 등거리 만입부(67)가 마련되며, 그 개수는 구조의 실시예의 종방향 부재의 개수와 동일하다. 대응적으로, 파동골(59)은 상승 파동 에지(60) 및 하강 파동 에지(61)과 동축인 한 쌍의 만입부(68)를 갖는다. 만입부(68)는 원통형 부분(54)와 접촉하는 링 상의 한 쌍의 각진 등거리 만입부(67)와 맞물리도록 설계된다.
"U"자형 요소(58)는 또한 연속적인 "U"자형 요소(58)에 연결에 적합한 파고점(63)을 갖는다. 적절한 방식으로, 파고점(63)은 외부 원통형 슬리브(52)의 부분을 지지하도록 구성된 대향 플레이트(69)를 지지한다.
도 14 및 15는 도 12에 따른 구조의 부분 분해 사시도이며, 도 14에 따른 구조의 조립 사시도이다.
먼저 도 14를 참조하면, 모듈식 구성요소(57)가 각각의 내부 원통형 부분(54)에 대해 추가되고, 본 실시예에서 모듈식 구성요소(57)는 12개가 있다. 모듈식 구성요소(57)는 연속적으로 용접되어 도 16의 조립된 구조체(50)를 형성한다. 일단의 모듈식 구성요소는 그 "U"자형 요소의 크레스트(63)에 추가되는 터미널 원형 플레이트에 결합하기 위한 크레스트(63)를 갖는다는 것이 명백하다. 안정적이고 견고한 구조체(50)는 필터 섹텨의 신속한 교체를 허용할 수 있다.
여과 장치
도 16은 액체(2)를 여과하기 위한 회전 디스크 여과 장치(8)의 제1 예의 사시도이다. 이하의 설명에서, 여과될 액체(2)는 단순화를 위해 폐수라고 한다. 회전 디스크 여과 장치(8)는 액체(2)를 농축하는데 사용될 수 있다.
도 16을 참조하면, 회전 디스크 여과 장치(8)(이하, "회전 디스크 필터" 또는 간단히 "필터"라고도 함)는 선반(70)에 있는 컨테이너(5)(또는 "용기") 내에 배치된다. 공기 공급기(6)는 용기(5)의 하부에 배치된다. 처리될 폐수(2)의 수위(L)은 필터(8)의 많은 부분을 덮는다.
필터(8)는 프레임(73) 내부에 회전 가능하게 위치된 구조체(50)를 포함하고, 그 성질은 이하의 설명으로부터 더 명확해질 것이다. 보다 정확하게는, 선반(70)에 놓이는 것은 이 프레임(73)이다. 선반을 사용할 필요가 없다. 예를 들어, 프레임(73)에는 용기(5)의 바닥에 놓이는 다리(미도시)가 마련되거나 프레임이 용기(5)의 벽(들)에 고정될 수 있다. 금속으로 구성된 해치(hatches)를 갖는 덮개(cover, 74)는 프레임(73)에 의해 지지된다. 여과 장치(8)에는 여과된 물 공급 시스템(75)이 마련된다.
제1 화살표(F)는 여과 장치(8) 내부의 구조체(50)의 회전 방향을 나타낸다. 제2 화살표(U) 세트는 여과 장치(8)의 일측(또는 "단부")로부터 여과된 물(4)이 유출되는 것을 개략적으로 나타낸다.
도 17은 여과 장치(8)의 구조체(50) 및 그 역세척 장치의 상부 부분 단면의 개략적인 측면도이다.
도 17을 참조하면, 여과 장치(8)의 반대츠에서 여과된 물(4)과 유사한 유출이 있다. 여과 장치(8)의 양측으로부터의 유출(U)은 플랜지(77)에 연결된 튜브(76)로 이송된다. 대안적으로, 여과 장치(8)는 단일 배출구(U)로 구현될 수 있다.
도 18은 구조체(50)의 일부를 보다 상세히 도시한다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 두 개의 원형 엔드 플레이트(53)에 의해 형성된 구조체(50)는 기어 모터(47) 및 트랜스미션의 배열(81)에 의해 축(x)을 중심으로 회전 가능한 외부 지지체(79, 80)에 장착된다. 외부 지지체(79, 80)는 여과된 물을 위한 두 개의 대향 유출구(U)를 생성하기 위해 원형 엔드 플레이트(53)의 중앙에 배치된 개구(87)에 위치한다. 분명히, 단일 배출구(U)의 경우, 단일 엔드 플레이트 상의 단일 개구(87)로 충분하다. 단순화를 위해, 이 실시예는 도시되지 않았다.
복수의 디스크(31)는 두 개의 원형 엔드 플레이트(53)에 동축으로 고정된다. 디스크(31)는 평면도에서 내부 반경(r) 및 외부 반경(R)을 갖는 원형 링의 형상을 갖는다.
각각의 디스크(12)는 내부 반경(r) 및 외부 반경(R) 사이에 서로 마주하며 내부 디스크 격실(84)을 한정하는 다수의 필터 섹터(9)를 가지며, 내부 디스크 격실(84)은 원형 슬리브(52)에 의해 외부 반경(R)에서 주변으로 폐쇄되고, 하나의 디스크를 다른 디스크로부터 분리하는 원통형 부분(54)에 의해 형성된 공통 내부 공간(35)을 향해 내부 반경(r)에서 개방된다.
각 필터 섹터(9)는 지지 프레임 상에 2 내지 40 ㎛ 범우의 기공 또는 개구를 갖는 직물, 메쉬, 또는 기판 또는 여과 재료를 포함한다. 제조 공차를 포함하여, 기공의 크기는 2 ± 1 ㎛, 4 ± 1 ㎛, 6 ± 1 ㎛, 8 ± 1 ㎛, 10 ± 1 ㎛, 12 ± 1 ㎛, 14 ± 1 ㎛, 16 ± 1 ㎛, 18 ± 1 ㎛, 20 ± 1 ㎛, 22 ± 1 ㎛, 24 ± 1 ㎛, 26 ± 1 ㎛, 28 ± 1 ㎛, 30 ± 1 ㎛, 32 ± 1 ㎛, 34 ± 1 ㎛, 36 ± 1 ㎛, 38 ± 1 ㎛, or 40 ± 1 ㎛이다.
다양한 기공 크기를 갖는 필터 섹터(9)를 사용하여 여과 장치에 대한 시험을 수행하였다. 그 결과, 플럭스 및 여과액 품질(TSS로 표시)은 이하의 표 2에 도시되어 있다.
기공 크기, P | 플럭스, F | 여과액 품질 (TSS) |
P <10 μm | 감소된 플럭스 속도 | <2 mg/L |
10 μm ≤ P ≤ 20 μm | 최대 4000 L/h/m2의 플럭스 | <5 mg/L |
P > 20 μm | 플럭스 > 4000 L/h/m2 | <10 mg/L |
직물 또는 여과 재료는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, PTFE, 스테인리스 강, 나일론을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
도 17에서, 화살표(ar)는 여과될 액체(2)를 나타내며, 용기 내 액체(2)의 수위는 L로 식별된다.
기포(7)는 공기 공급기(6)으로부터 공급된다(도 16). 기포(7)는 매크로 버블, 마이크로 버블, 또는 나노 버블일 수 있다. 여과될 액체(2)는 폐수 이외의 것일 수 있다는 점을 유의해야 한다. 기포(7)의 공급은 필터(8) 외부에서 난류 운동을 생성한다. 이 운동은 필터 섹터(9)의 외부 표면에 형성되는 슬러지층(14)(도 1)의 두께, 및 필터(8)에 의해 달성될 있는 흐름 속도를 안정화시키는데 도움이 될 수 있다. 여과된 물(4)은 튜브(76)에서 상승할 수 있는 수위(Lf)를 갖는다.
여과된 물을 공급하기 위한 공급 시스템(75)은 개구(87)를 통해 필터(8)의 내부와 연통하는 저장소(78)를 포함한다. 저장소(78)에서 여과된 물의 수위(Lf)는 디스크(31) 내부의 여과수의 수위과 동일하다는 것을 이해해야 한다. 이는 개구(87)에서 중력에 의해 흐르는 여과된 물의 유출로 인해, 흐름 속도에 비해 크고 사실상 비어있는 외부 여과액 배출 튜브의 하부 가장자리가 여과된 물의 수위(Lf)를 결정하고 동시에 동일한 내부 수위를 결정한다. 필터가 용기(5)에 침지될 때, 여과된 물의 수위(Lf)는 필터의 면적에 따른 양만큼 물의 수위(L)보다 낮다.
이 수위의 차이로 인해 물이 필터 내부에서 외부로 이동한다. 여과 장치를 용기에 담그면 실질적으로 용기 내부에 유압 차압(hydraulic differential-pressure)이 발생하여 물이 여과막을 통과하게된다.
일반적으로, 여과될 액체 2는 1 g/L 내지 40 g/L 또는 심지어 50 g/L TSS의 농도를 가진 부유 고형물을 포함한다.
용기(5)에서 여과될 액체(2)의 수위(L)과 회전 필터 내부의 여과된 액체(4)의 수위(Lf) 사이의 거리가 0 내지 0.4m이므로 회전 필터 내부에서 동일한 간격으로 감압이 발생한다. 여과막에 침착된 층은 0 ~ 0.06m의 두께로 형성된다.
여과된 액체(4)의 플럭스는 0 내지 5000 L/(m2h)이고, 여과된 액체(4)에서 부유 고형물 함량은 0 내지 10 mg/L이다.
디스크의 회전 속도는 0 내지 1.047 rad/s(10 rpm)이다.
디스크(31)의 개수는 1 내지 40 사이의 간격으로 선택되고, 그 외경은 0.5m내지 4m 사이의 범위에서 선택된다.
도 19 및 20은 세척 작업을 위해 여과된 물을 공급하기 위한 공급 시스템(75)을 도시한다. 도 16은 설명의 명확성을 위해 일부분이 제거된 회전 디스크 필터의 사시도이다.
도 19 및 20을 참조하면, 공급 시스템(75)은 저장소(78)에 침지된 펌프(48)를 포함하며 그 하단은 여과된 물(4)의 수위(Lf) 보다 아래에 있다.
여과된 물(4)을 공급하기 위한 공급 시스템(75)은 펌프(48) 뿐만 아니라 작동을 위한 일련의 기구, 즉 압력 게이지(89), 압력 스위치(90), 역세척 장치(93) 및 이후에 설명되는 세척 장치의 종방향 공급 튜브(97)로 이어지는 튜브(92)의 횡방향 길이에 마련된 카트리지 필터(91)를 포함한다.
역세척 장치는 제1 "L"자형 커넥터(95)를 포함하며, 이는 제2 "L"자형 커넥터(96)로 이어지고, 이는 다시 공통 내부 공간(35)을 통과하여 역세척 연결 튜브(97)로 이어지며 제2 "L"자형 커넥터(96) 상의 지지체(98)에 대해 진동 가능하게 장착된다. 지지체(98)는 원형 엔드 플레이트(53) 근처에서 여과 장치(8)의 반대쪽 단부에 있다. 연결 튜브(97)는 여과 장치(8)의 구조(650)의 축(x)과 동축이다(도 17). 원형 엔드 플레이트(53)는 임의의 필터 섹터 없이 도시되어 있다.
복수의 스프레이 튜브(99)는 역세척 연결 튜브(97)로부터 직각으로 분기되고, 내부 디스크 격실(84) 내부로 연장된다. 선택적 진동 장치가 연결 튜브(97) 근처의 제2 "L"자형 커넥터(96) 상의 각각의 원형 엔드 플레이트(53)에 마련되어, 역세척 연결 튜브(97)을 회전시키고, 축(x)과 동축인 지지체(98)에 대해 스프레이 튜브(99)를 회전시킬 수 있다. 전술한 역세척 장치(93)의 배열은 도 17의 사시도에서 더 명확하게 도시되어 있다. 도 17에서, 각각의 스프레이 튜브(99)(도 19)는 필터 섹터(도 20에 미도시)를 향하는 복수의 대향 노즐(15)(도 1)를 갖즌다는 것을 더 명확하게 알 수 있다.
도 21 및 22는 각각 제1 및 제2 위치에 있는 역세척 장치(93)를 도시하는 회전 디스크 필터의 좌측 단부도이다. 역세척 연결 튜브(97)를 진동시키기 위한 장치(101)는 선택적으로 공통 내부 공간(35)과 연종하는 개구(87)에 마련된다.
진동 장치(101)는 개구(87)의 외부 표면상에 고정된 방식으로 장착된 링 기어(ring gear, 102)를 포함한다. 링 기어(102)는 역세척 연결 튜브(97) rms처의 역세척 장치에 회전 가능하게 장착된 편심 피니언(eccentric pinion, 103)과 맞물린다. 필터(8)의 구조체(50)의 반 시계 방향으로의 회전은 편심 피니언(103)을 반대 방향으로 회전 시켜, 역세척 연결 튜브(97)가 도 21 및 22에 도시된 두 위치로 지지체(98) 주위로 진동 운동을 하게 함을 이해해야 한다. 이는 톱니형 캡(toothed cam) 및 편심 캠 팔로워(eccentric cam follower)에 의해 생성되는 움직임이다.
이러한 진동 운동의 결과로, 스프레이 튜브(99)의 노즐(15)로부터 여과된 물의 제트는 동일한 지점에서 필터 섹터(9)를 타격하지 않지만, 이들 섹터의 실질적인 전체 표면에 걸쳐 역세척 효과를 제공한다. 이를 달성하기 위해, 피니언과 링 기어의 잇수는 이들 사이에 소수가 있는 방식으로 선택된다(즉, 공통 인자가 없음). 따라서, 노즐은 동일한 지점을 통과하지 않으므로, 필터 섹터의 멤브레인에 줄무늬가 생기는 것을 피하거나 방지할 수 있다.
도 23을 참조하면, 역세척 장치의 변형이 도시되어 있다.
역세척 장치의 변형은 캠 및 캠 팔로워 진동 장치(101')로 인해 전술된 역세척 장치와 상이하다. 이 변형에서, 캠은 로브형 캠(lobed cam, 102')이며, 캠 팔로워는 로브형 캠(102')을 따라가면서 역세척 연결 튜브(97)의 동일한 진동을 야기하는 롤러(roller, 103')이다. 이 변형에서, 로브형 캠(102')은 개구(87)에 고정된 방식으로 장착되고, 롤러 캠 팔로워(103')는 역세척 연결 튜브(97) 근처의 역세척 장치(93)에 회전 가능하게 장착된다.
도 24는 외부 디스크 세척 장치를 도시하는 회전 디스크 필터의 좌측 단부도이다. 도 25는 디스크 세척 장치의 스프레이 튜브의 사시도이다.
도 19, 21 및 22를 참조하면, 여과된 물(4)을 공급하기 위한 공급 시스템(75)은 제1 "L"자형 커넥터(95)의 하류에서 분기된 연장부(extension, 94)를 갖는다. 연장부(94)는 아래로 향하는 접선 워터 제트와 함께 필터 섹터(9)에 외부적으로 작용하도록, 축(x)와 평행한 필터(8)의 구조체(50) 외부에 장착된 세척 연결 튜브(106), 및 세척 연결 튜브(106)에 결합되고 및 하나의 디스크(31)와 구조체(50)의 다른 하나 사이에 적어도 개별적으로 연장된 복수의 스프레이 튜브(18)를 포함한다. 세척은 역세척보다 우선적이다. 그 결과, 필터 섹터의 외부면에 부착된 슬러지층이 필터 섹터에 수직으로 매우 낮은 압력을 가하면서 디스크의 회전으로 인해 여과될 물에서 나오는 즉시 제거된다. 이는 후속 역세척의 효과를 상당히 증가시킬 수 있으며, 이는 필터 섹터를 막을 수 있는 불순물로부터 필터 섹터의 기공을 제거할 목적을 가지고 있다. 접선 세척 및 역세척은 배출 저장소 중 하나에서 펌프로 끌어온 여과수를 사용하거나 사용할 수 있다.
기포의 공급에 의해 필터 섹터의 외부 및 바로 근처에서 난류 운동이 생성된다. 이러한 운동은 필터 섹터의 외부 표면에 형성되는 슬러지층의 두께와 이러한 유형의 농축 필터에 의해 달성될 수있는 유량을 안정화하는 데 도움이 될 수 있다. 또한 유체 역학적 여과를 통해 여과된 물의 품질을 보장할 수 있다. 디스크의 회전 운동은 농축된 슬러지의 수압/원심 추력을 용기 내부로 생성한다.
여과 장치
도 26은 액체(2)를 여과하기 위한 회전 디스크 여과 장치(8)의 제2 예의 사시도이다. 제2 회전 디스크 필터(8)는 4개의 디스크(31)가 있다는 점을 제외하고는 회전 디스크 필터(8)의 제1 예와 유사하다. 도 27은 디스크 구조체(50)의 부분 사시도이다. 도 28은 용기에 침지된 여과 장치의 종단면이다.
도 26 내지 28을 참조하면, 필터 구조체(50)는 제1 및 제2 엔드 디스크(310, 311)를 포함하는 복수의 디스크(31)를 포함한다. 디스크(31)는 내부 반경(r) 및 외부 반경(R)을 갖는 원형 링의 형태를 갖는다. 디스크 개수는 1 내지 40 개, 직경은 0.5m 내지 4m이다. 디스크 개수가 1 개이면 드럼 머신(drum machine)이라고 할 수 있다.
엔드 디스크(310, 311)는 원형 엔드 플레이트(51)를 포함하고, 반경 방향으로 배열된 지지부(108)로 보강되어 플랜지 개구(109)에 합류(즉, "합체")된다. 각각의 디스크(31)는 내부 반경(r)과 외부 반경(R) 사이에서 서로 마주하고 내부 디스크 격실(84)을 한정하는 다수의 필터 섹터(9)를 갖는다.
내부 디스크 격실(84)은 원통형 슬리브(52)에 의해 외부 반경(R)에서 주변으로 폐쇄되고, 하나의 디스크를 다른 디스크로부터 분리하는 원통형 부분(54)(도 19)에 의해 형성된 공통 내부 공간(35)을 향해 내부 반경(r)에서 개방된다.
도 29는 엔드 디스크(31)의 일부를 확대한 개략적 상세도이다.
도 29를 참조하면, 메쉬 또는 기판 또는 다른 여과 재료로 만들어진 여과 재료(114)는 사다리꼴 프레임(trapezoidal frame, 116)에 수용되고 유지되는 에지(115)의 주변부에서 더 두껍다. 디스크(31)의 외부를 향하는 여과 재료(114)의 측면 뿐 아니라, 다른 디스크의 동일한 측면에도 두께가 0 내지 0.06 m인 직물 또는 여과 재료 상에 증착되는 케이크 또는 층(14)이 형성된다. 일반적으로 폭이 0.007m인 디스크에서 필터 섹터(9)를 유지하는 사다리꼴 프레임(116)은 여과에 가담하는 두꺼운 층 또는 케이크의 증착을 허용하여 그 효과를 증가시킨다. 또한 케이크 두께는 여과 장치(8)의 출력 플럭스에 영향을 미치는 요소 중 하나이다. 가장자리의 독특한 수렴 모양은 케이크가 디스크 회전 및 중력 당김의 효과에 대항하여 제자리에 머무를 수 있게한다. 케이크의 두께는 유출 흐름과 용기(5)에서 여과될 물의 수위를 측정하고 내부의 매크로 버블, 마이크로 버블 및 나노 버블를 사용하여 에어레이션의 강도를 결정하는 제어 유닛에 의해 제어된다.
원형 엔드 플레이트(51)는 외부 지지체(79, 80)(도 28)에 장착되고, x 축을 따라 기기의 반대쪽 단부에서만 개략적으로 표현된 2 개의 기어 박스(119) 및 동력 전달 샤프트(120) 그룹에 의해 우선적으로 x축을 중심으로 회전될 수 있다. 필터 구조체(50)의 회전 부하를 공유하고 보다 균형잡힌 회전을 얻기 위해 다수의 두 그룹이 제공된다.
도 30은 외부 지지체(79)의 확대도이다.
도 30을 참조하면, 외부 지지부(79)(및, 마찬가지로 다른 외부 지지체(80))는 제 1 플랜지(122)에 의해 자체 원형 엔드 플레이트(51)의 플랜지 개구(159)에 연결된 관형 조인트(tubular joint)로서 유출 어퍼쳐(121)를 지지한다. 외부 지지체(79)는 우선적으로 여과 장치의 프레임에 결합된 제 2 플랜지(125)에 용접되는 부싱-베어링 슬리브(bushing-bearing sleeve, 124)에 슬라이딩 마찰부(sliding friction) 또는 부싱(bushing, 123)을 갖는다. 부싱(123)은 내부적으로 유출 어퍼쳐(121) 옆에 있고 각 단부에 근위 래버린스 밀봉부(proximal labyrinth seal, 126) 및 원위 래버린스 밀봉부 (distal labyrinth seal, 127)을 갖는다. 래버린스 밀봉부는 유출 어퍼쳐(121) 및 부싱-베어링 슬리브(124)에 동축이다.
도 31 및 32는 명확성을 위해 일부 부분이 생략된 외부 지지체(79)의 분해 조립 사시도이다.
유출 어퍼쳐(121)는 탭(129)에 의해 호스트되는 근위 세그먼트(128), 근위 래버린스 밀봉부(126), 부싱(123)에 외부적으로 인접한 내부 세그먼트(130), 및 기어(133)가 동력 전달 샤프트(120)(도 30)의 일부에 장착되는 별도의 세그먼트(132)에 삽입되는 연결 세그먼트(131)로 분할된다. 연결 세그먼트(131) 및 별도의 세그먼트(132)는 대응하는 구멍(134, 135)에서 나사 결합(138)에 의해 견고하게 연결된다. 별도의 세그먼트(132)상에는 원위 세그먼트(136)가 존재하는데, 이는 탭(137)에 의해 원위 래버린스 밀봉부(127)를 수용하는 것을 의미한다. 외부 슬리브(124)에는 채널(140)에 의해 원위 및 근위 래버린스 밀봉부(126, 127)의 내부 공간에 연결되고 유출 구멍(121)에 의해 한정된 부싱의 내부 부분에 연결된 그리스 노즐(139)이 제공된다. 유출 구멍(121)에는 부싱(123) 및 래버린스 밀봉부(126, 127)를 막기 위해 상세하게 설명되지 않은 하드 스톱(hard stops)이 제공된다.
도 33은 래버린스 밀봉부의 내부 요소의 사시도이다. 도 34는 도 33에 도시된 래버린스 밀봉부의 내부 요소의 단면도이다. 도 35는 A-A 라인에 따른 래버린스 밀봉부의 내부 요소의 단면이고, 도 36은 단면의 확대도이다. 도 37은 래버린스 밀봉부의 외부 요소의 사시도이다. 도 38은 도 37에 도시된 래버린스 밀봉부의 외부 요소의 단면도이다. 도 39는 B-B 라인에 따른 래버린스 밀봉부의 외부 요소의 단면도이고, 도 40은 단면의 확대도이다.
도 33 내지 40을 참조하면, 래버린스 밀봉부(126, 127)는 동축 홈이 있는 요소로 구성된다. 각 래버린스 밀봉부는 외부 홈이 있는 내부 링(141)과 내부 홈이 있는 외부 링(142)로 구성된다. 내부 링(141)과 외부 링(142)은 서로 동축이며, 링 사이에 내부 공간을 한정하기 위해 결합된다. 내부 링(141)은 홈(143)에 의해 유지되는 탭(129, 138)을 사용하여 유출 어퍼쳐(121) 및 별도의 세그먼트(132)에 견고하게 연결된다. 외부 링(142)은 외부 링(142) 및 부싱-베어링 슬리브(124)에 각각 제작된 대응하는 구멍(144)에 삽입된 결합 수단에 의해 부싱-베어링 슬리브(124)에 견고하게 연결된다.
도 36 및 40은 최적의 밀봉을 보장하기 위해 홈이 있는 프로파일에 대해 선호되는 크기를 도시한다. 내부 및 외부 링(141, 142)은 낮은 마찰 및 긴 수명 특성을 위해 바람직하게 테프론(Teflon, RTM)으로 제조된다. 재료의 탄성으로 인해 외부 링(142)이 절단되어 내부 링(141)에 장착될 수 있으며, 최종적으로 이렇게 형성된 래버린스 밀봉부 그룹이 지지체(79)와 지지체(80)모두에 장착된다.
다시 도 28을 참조하면, 필터 구조체(50)의 공통 내부 공간(35)은 두 개의 분리된 영역에서 수압적으로 분할하는 벽(145)에 의해 분할된다. 이러한 내부 공간의 분할로 인해 필터 섹터의 기기적 고장이 발생하는 경우 파열된 필터 섹터가 있는 디스크를 포함하는 부분을 분리하여 기기가 계속 작동하게 할 수 있다. 이를 위해, 두 개의 부품 각각에는 여과된 액체(4)의 탁도를 확인하기 위한 각각의 탁도 센서(146)(도 26)와 여과된 액체(4)를 차단하는 전동 밸브(motorised valves, 147)가 제공된다. 전동 밸브(147)는 여과된 액체 유출 파이프(148) 상에 위치된다. 각각의 유출 파이프(148)는 여과된 액체 탱크(149)와 상류에 연결된다.
필터 구조체(50)의 공통 내부 공간(35)은 필터 섹터의 기기적 고장의 경우에 더 나은 성능을 얻기 위해 두 개 이상의 부분으로 분할될 수 있음을 이해해야한다. 여과될 액체(2)는 1 g/L 내지 50 g/L의 농도를 가진 부유 고형물을 포함한다.
용기에서 여과될 액체(2)의 수위(L)과 회전 필터 내부의 여과된 액체(4)의 수위(Lf) 사이의 거리는 0 내지 3m이므로, 회전 필터 내부에서 동일한 간격으로 감압이 발생한다. 여과막에 침착된 층은 전술한 바와 같이 0에서 0.06 m 사이의 두께로 형성된다. 여과된 액체(4)의 플럭스는 0 내지 5000 L/(m2h) 사이이다. 디스크의 회전 속도는 0 내지 1.047 rad/s (10 rpm)이다.
전술한 바와 같이, 공기 공급기(6)로 매크로 버블, 마이크로 버블 또는 나노 버블과 같은 공기를 공급하는 것은 필터 구조체(50) 외부에서 난류 운동을 생성하는 것을 돕는다. 이러한 운동은 필터 섹터(9)의 외부 표면에 형성된 슬러지층(14)의 두께 및 필터 구조체(50)에 의해 달성될 수 있는 유량을 안정화시키는 것을 도울 수있다.
여과 장치(8)의 양단에는 유출구(121)(도 30)를 통해 필터 구조체(50)의 내부와 연통하는 저장소(149)에 포함된 여과된 물(4)을 공급하기 위한 공급 시스템(75)이 마련된다. 저장소(149) 내의 여과된 물의 수위(Lf)은 필터 구조체(50) 내의 여과된 물의 수위와 동일하다는 것을 이해해야 한다. 필터가 용기(5)에 침지 될 때, 여과된 물의 수위(Lf)은 필터 구조체(50)의 면적에 따른 양만큼 여과될 물의 수위(L)보다 낮다. 여과 장치가 용기에 침지될 때 실질적으로 용기 내부에 유압 차압이 발생하여 물이 필터 섹터(9)를 통과하게 된다.
도 26 및 28은 또한 세척 작업을 위해 여과된 물을 공급하기 위한 공급 시스템 (75)을 도시한다. 공급 시스템(75)은 저장소(149)에 침지된 펌프(150)를 포함하며 그 하단은 여과된 물(4)의 수위(Lf) 보다 아래에 있다. 여과된 물(4)을 공급하기 위한 공급 시스템(75)은 펌프(150)뿐만 아니라 카트리지 필터를 포함하는 그 작동을 위한 일련의기구를 포함함을 알 수 있다. 이들 기구는 역세척 장치(152)로 이어지는 튜브(151)의 횡방향 길이에 마련된다(도 41). 세척 장치(105)에는 또한 용기(V) 내부에서 여과될 액체의 수위(L) 위의 디스크 외부에 위치된 노즐(153)(도 28)이 마련된다.
도 41을 참조하면, 역세척 장치(152)는 필터 구조체(50)의 공통 내부 공간(35)의 각 부분에 대해 별도의 튜브(154)를 포함한다.
복수의 스프레이 튜브(155)는 역세척 연결 튜브(154)로부터 직각으로 분기되고 내부 디스크 격실(84) 내부로 연장된다. 각각의 스프레이 튜브(155)는 여과될 물 또는 액체의 수위(L) 보다 위에 위치하고 필터 섹터(9)를 향하는 복수의 대향 노즐(156)을 갖는다. 필요한 경우 디스크의 외부 세척을 활성화 할 수 있다. 그 결과 필터 섹터의 외부면에 부착된 슬러지층이 필터 섹터에 수직으로 매우 낮은 압력을 가하면서 디스크의 회전으로 인해 여과될 물에서 나오는 즉시 제거된다. 이는 필터 섹터(9)의 기공 또는 구멍을 막을 수있는 불순물로부터 분리하는 유일한 목적을 갖는 후속 역세척의 효과를 상당히 증가시킨다. 접선 세척 및 역세척은 배출 저장소 중 하나에서 펌프로 끌어온 여과된 물을 사용한다.
여과될 액체에 따라 필터 섹터(9)의 여과 재료(114) 상에 증착된 층을 유지하는 것이 유리할 수 있다. 여과 재료(114)가 필터 섹터(9)의 프레임(116)에서 디스크의 내부 공간을 향해 오목하게 되지 않도록 하는 것이 중요하다. 이 문제를 해결하기 위해 천의 세탁과 디스크의 내부 공간(83)에 생성된 압력이 낮아지면서 축적된 여과액의 유출로 인해, 각 디스크의 내부 공간(83)을 기기 외부의 대기와 연결하는 압력 보상 튜브(pressure-compensating tube, 157)가 마련된다. 구부러진 내부 단부(bent internal end, 158)를 갖는 압력 보상 튜브(157)는 유출 어퍼쳐(21) 부근에서 약간의 경사진, 바람직하게는 수평선에 대해 3° 경사진 길이(159)를 가지며 이는 배수를 도울 수 있다. 외부 환경과의 이러한 연결은 내부 압력을 증가시키고 필터 섹터의 여과 재료(114)의 오목함을 감소시켜 성능을 저하시키고 여과 재료(114) 자체의 기기적 고장을 야기 할 수있다.
대기압이 필터 섹터를 통과하는 여과 액의 흐름에 의해 결정된 오목함을 상쇄하기에 충분하지 않은 경우, 압력 보상 튜브(157)는 예를 들어 대기압보다 큰 압력인 필터 섹터의 여과 재료(114)의 내부 표면에 근접하여 국부적으로 획득하기 위해 펌프에 연결된다.
위의 설명에서는 필터 디스크 기기를 언급했지만 디스크 수가 1개인 경우 드럼으로 구현할 수 있다. 폐수 처리를 위한 것이지만, 다른 액체도 처리될 수 있으며, 세척 및 역세척은 여과된 액체로 수행되어야한다는 것을 이해해야 한다.
여과 장치의 실시예는 또한 증점제 역할을 할 수 있다. 액체와 고체 또는 반고체 물질의 혼합물을 포함하는 용기에서 여과된 액체를 추출함으로써 용기에서 이러한 물질의 농도를 증가시키는 효과도 얻을 수 있다.
액체의 수위 조절
전술한 바와 같이, 플럭스 및 여과액 품질은 여과될 및 여과된 액체(2, 4)의 수위(L, Lf)를 변경하여 조정할 수 있다. 수위는 서로 독립적으로 변경할 수 있다.
도 9, 17 및 18과 도 43 ~ 47을 참조하면, 여과될 액체의 수위(L)은 필터 요소(9)(도 9)의 내부 반경 부분 또는 원통형 부분(54)(도 17)의 상부에 해당하는 최대 수위(Lmax) 이상으로 증가하지 않아야 하는데 그 이유는 필터 요소(9)를 적절하게 세척하는 역세척 장치 (93)(도 20)의 능력을 방해할 수 있기 때문이다.
여과액 수위(Lf)은 다양한 배열을 사용하여 최소 수위(Lfmin)과 최대 수위 (Lfmax)사이에 있도록 제어할 수 있다. 도 18을 참조하면, 파이프(76)의 바닥은 수위(Lf)을 제어하는데 사용될 수 있는 보(weir) 역할을 할 수 있다. 특히 도 43을 참조하면, 제1 변형 배열에서 여과액 수위(Lf)은 저장소(78)의 내부 보(161) (또는 "벽(wall)")를 사용하여 제어될 수 있다. 보를 가로 지르는 여과액 수위(Lf)은 높은 유속에서 약간 증가한다.
특히 도 44를 참조하면, 제2 변형 배열에서, 여과액 수위(Lf)은 비례 유량 밸브의 형태일 수있는 밸브(147)를 사용하여 제어될 수 있다. 여과액의 수위는 그 후 저장소(78)로부터 여과액을 원하는 수준으로 펌핑하는 펌프를 사용하여 제어될 수 있다.
특히 도 45를 참조하면, 제3 변형 배열에서, 여과액 수위(Lf)은 흡입 펌프(164)에 의존하는 흡입 튜브(162)를 사용하여 제어될 수 있다. 여과액 수위 (Lf)은 수위 센서(163)를 사용하여 감지될 수 있다.
특히 도 46을 참조하면, 제4 변형 배열에서, 여과액 수위(Lf)은 튜브(165)를 통해 여과액을 더 높은 수위로 펌핑하는 잠수정 펌프(submersible pump, 164)를 사용하여 제어될 수있다. 수위 센서(미도시)가 사용될 수 있다.
특히 도 47을 참조하면, 제5 변형 배열에서 여과액 수위(Lf)은 흡입 펌프(164)에 의존하는 계단식 흡입 튜브 배열(166, 167, 168)을 사용하여 제어될 수 있다. 계단식 흡입 튜브 배열(166, 167, 168)은 원통형 부분(54)의 바닥 아래의 내부 격실(84) 내로 연장된다. 수위 센서(미도시)가 사용될 수 있다. 따라서, 여과 액 높이(Lf)는 여과될 액체의 수위(L)을 제어하거나 제어하지 않고, 필터 요소(9)를 가로 지르는 높이 차이(Δ)를 제어함으로써 여과 장치(8)의 성능을 개선하도록 가변적으로 조정될 수 있다.
실험 결과
표 3, 4, 5 및 6은 다양한 작동 조건에서 여과 장치를 사용한 결과를 보여준다.
표에서 A부터 K까지의 열은 다음과 같다.
A는 기기의 입력과 외부 사이의 압력 차이로 cmH2O로 표시된다
B는 기기의 배출에서의 흐름 속도이며 m3/h로 표시된다.
C는 L/m2로 표현되는 플럭스이다. 흐름 속도(B 열)를 기계의 활성 표면적(H 열)으로 나누고 입방 미터에서 리터로 변환한 것이다.
D는 컨트롤러의 주파수이며 %로 표시된다. 여기서 100 %는 50Hz에서 0.66rpm이다.
E는 일반 조건에서 m3/h 단위의 컨테이너에서의 공기 유속이다.
F는 역세척 파이프의 수압(bar (= 1kPa))이다.
G는 정상 조건에서 m3/h 단위의 멤브레인 생물 반응기의 공기 유속이다.
H는 여과 재료의 활성 면적, 즉 물에 침지된 여과 재료의 표면적(m2)이다. 이는 각각 직경이 1700mm인 4 개의 디스크가 회전 축까지 침지된 장치의 표면적에 해당한다.
I는 부유 고형물이며, mg/L로 표시된다.
J는 기기의 배출에서의 탁도(mg/L)이다.
K는 기기가 흡수하는 전력(kW)이다.
A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K |
1 | 8.0 | 1000 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
2 | 8.5 | 1063 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
3 | 12.0 | 1500 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
4 | 12.3 | 1538 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
5 | 12.5 | 1563 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
6 | 12.8 | 1600 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
7 | 13.0 | 1625 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
8 | 13.5 | 1688 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
9 | 14.0 | 1750 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
10 | 14.5 | 1813 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
11 | 15.0 | 1875 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
12 | 15.5 | 1938 | 50 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.3 |
A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K |
1 | 8.0 | 1000 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
2 | 8.5 | 1063 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
3 | 8.8 | 1100 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
4 | 9.0 | 1125 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
5 | 9.5 | 1188 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
6 | 10.0 | 1250 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
7 | 11.0 | 1375 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
8 | 12.0 | 1500 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
9 | 12.5 | 1563 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
10 | 13.0 | 1625 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
11 | 14.0 | 1750 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
12 | 15.0 | 1875 | 100 | 110 | 4.7 | 0 | 8 | 13,000 | 2 | 1.25 |
A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K |
1 | 8.5 | 1063 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
2 | 12.0 | 1500 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
3 | 13.0 | 1625 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
4 | 15.0 | 1875 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
5 | 15.5 | 1938 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
6 | 16.0 | 2000 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
7 | 16.5 | 2063 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
8 | 17.0 | 2125 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
9 | 17.5 | 2188 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
10 | 18.0 | 2250 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
11 | 18.5 | 2313 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
12 | 19.0 | 2375 | 50 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K |
1 | 10.0 | 1250 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
2 | 12.0 | 1500 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
3 | 12.3 | 1538 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
4 | 12.6 | 1575 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
5 | 12.8 | 1600 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
6 | 13.0 | 1625 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
7 | 14.0 | 1750 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
8 | 15.0 | 1875 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
9 | 16.5 | 2063 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
10 | 18.0 | 2250 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
11 | 19.0 | 2375 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
12 | 20.0 | 2500 | 100 | 110 | 4.7 | 80 | 8 | 13,000 | 2 | 2.5 |
수정
전술 한 실시 예에 대해 다양한 수정이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 수정은 필터링 기계 및 그 구성 부품의 설계, 제조 및 사용에서 이미 알려진 등가물 및 기타 특징을 포함할 수 있으며, 여기에 이미 설명된 특징 대신 또는 추가로 사용될 수 있다. 일 실시예의 특징은 다른 실시 예의 특징으로 대체되거나 보완될 수 있다.
전술한 설명에서 회전 디스크 필터를 폐수 처리용으로 언급했지만, 다른 액체도 처리할 수 있으며, 분명헌 것은 세척 및 역세척은 여과된 액체로 수행해야 한다.
필터는 증점제 역할을 할 수 있다. 액체와 고체 또는 반고체 물질이 혼합된 용기에서 여과된 액체를 추출하면 용기 내 이러한 물질의 농도가 증가하는 효과가 있다.
청구 범위가 본 출원에서 특징의 특정 조합에 대해 공식화되었지만, 본 발명의 개시의 범위는 또한 명시적으로 또는 묵시적으로 또는 그의 임의의 일반화, 청구항에서 현재 청구된 것과 동일한 발명에 관한 것인지 여부 및 본 발명과 동일한 기술적 문제의 일부 또는 전부를 완화하는지 여부에 개시된 임의의 신규한 특징 또는 임의의 신규한 특징의 조합을 포함한다는 것을 이해해야한다. 이로써 출원인은 본 출원 또는 그로부터 파생된 추가 출원을 기소하는 동안 이러한 특징 및/또는 그러한 특징의 조합에 대해 새로운 주장이 공식화될 수 있음을 통지한다.
Claims (83)
- 장치로서,
제1 면(10) 및 제2 면(11)을 갖는 액체 투과성 여과 요소(liquid-permeable filtering element, 9); 및
상기 여과 요소의 상기 제1 면에 축적된 고형물을 제거하고/하거나 제거를 돕기 위해 상기 여과 요소를 통해 적어도 하나의 제트(16)를 상기 여과 요소의 상기 제2 면에서 상기 여과 요소의 상기 제1 면으로 향하게 하는 적어도 하나의 노즐(15);을 포함하고,
상기 액체 투과성 여과 요소는 적어도 부분적으로 액체에 침지되며,
상기 액체 투과성 여과 요소는 상기 액체를 통해 순환하도록 배치되어:
· 제1 위치에서, 상기 필터 요소의 상기 제1 면의 영역이 압력하에 액체에 노출되고, 상기 필터 요소에 걸친 압력은 0 내지 5.9 kPa 이며,
· 제2 위치에서, 상기 영역이 압력 하에 액체에 노출되지 않거나 저압에서 액체에 노출되고,
상기 장치는 총 부유 고형물이 10 mg/L 이하인 여과된 액체를 생성하기 위해 총 부유 고형물이 1 내지 50 g/L인 액체를 여과하도록 구성되며,
상기 여과 요소는 기공 크기를 가지며, 상기 여과 요소는 투과 플럭스(permeation flux)가 200 내지 5,000 L/(m2h)이고 상기 여과 요소가 상기 제2 위치에 도달할 때 축적된 고형물의 층 두께가 0 내지 6 cm가 되도록 하는 속도로 순환하도록 구성되는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기공 크기는 2 내지 40 ㎛인, 장치. - 제2항에 있어서,
상기 기공 크기는 15 내지 25 ㎛인, 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 속도는 0.25 내지 30 m/min인, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 투과성 여과 요소(9)는 다양한 기공 크기를 갖는 기공을 포함하며, 상기 기공 크기는 2 내지 40 ㎛인, 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 투과성 여과 요소(9)는 메쉬(mesh)를 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 투과성 여과 요소(9)는 폴리머(polymer), 예를 들어, 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), PTFE, 또는 나일론(nylon)을 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 투과성 여과 요소(9)는 스테인리스 강(stainless steel)과 같은 금속을 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축적된 고형물이 주기적으로 제거되도록 구성되는, 장치. - 제9항에 있어서,
상기 축적된 고형물이 매 사이클마다 제거되도록 구성되는, 장치. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 축적된 고형물은 10 내지 1000 s의 주기로 제거되는, 장치. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 위치에서 상기 영역이 상기 액체 보다 위에 있도록 구성되는 장치. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
액체를 작동을 위한 수위(L)까지 담을 수 있는 컨테이너(5)를 더 포함하는, 장치. - 제13항에 있어서,
상기 액체(2) 내로 기포(7)를 도입시키는 가스 공급기(들)(6)를 더 포함하는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 수위(L)까지 상기 컨테이너 내에 액체(2)를 더 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여과 요소(9)에 걸친 압력을 조절하기 위해, 상기 여과 요소(9)에 걸친 상기 액체와 상기 여과된 액체(4) 사이의 높이 차이를 정렬하는 제어 시스템을 더 포함하는, 장치. - 제16항에 있어서,
컴퓨터 시스템(47);
저장소(78)로부터 여과된 액체의 배출을 제어하기 위해 상기 컴퓨터 시스템(47)에 의해 제어 가능한 적어도 하나의 밸브(147) 및/또는 적어도 하나의 펌프(164);를 더 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여과된 액체(4)를 수용하기 위한 저장소(78)로서, 상기 저장소를 제1 부분 및 제2 부분으로 나누는 보를 포함하며 상기 보는 하부 및 상부 및 상기 상부와 상기 하부 사이의 제1 높이 h를 갖는, 상기 저장소(78); 및
상기 저장소의 상기 제1 부분에 여과된 물을 제공하기 위한 입구; 및
상기 보의 상기 하부 및 상기 상부 사이의 제2 높이에 마련되며 여과된 액체를 수용하기 위한 출구;를 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체는 폐수인, 장치. - 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
서로 동축으로 이격된 복수의 디스크(31)를 갖는 구조체(50)를 포함하고,
상기 디스크 각각은 복수의 마주보는 필터 섹터(9) 쌍을 가지며 중앙 내부 공간과 연통하고 외부 원통형 슬리브(outer cylindrical sleeve, 52)에 의해 폐쇄되며,
상기 구조체(50)는:
· 각각의 중앙에 회전 가능한 지지체용 개구(55)를 마련하는 2개의 원형 엔드 플레이트(circular end plates, 53);
· 각각에 인접한 2개의 디스크를 이격시키고, 이격시킨 부분에 대해 상기 중앙 내부 공간을 한정하는 복수의 원통형 부분(cylindrical portions, 54); 및
· 각 단부에서 상기 2개의 원형 엔드 플레이트에 연결된 구형파 형태의 모듈식 구성 요소(modular components, 57)로 제조된 복수의 종방향 부재(longitudinal members, 56);를 포함하며,
구형파 형태의 각 모듈식 구성요소는:
각각의 상기 복수의 원통형 부분(54)에 고정된 파동골(wave trough, 59);
상기 연속적인 필터 섹터(62)를 지지하기 위한 상승 파동 에지(rising wave edgem, 60) 및 하강 파동 에지(falling wave edge, 61); 및
상기 외부 원통형 슬리브를 지지하기 위한 하나 이상의 원형 엔드 플레이트로부터 등거리에 있는 다른 파고점(wave crest)과 상호 작용하는 파고점(63);을 갖는 구형파를 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항 따른 장치 또는 제19항에 따른 구조체에 있어서,
각각의 구형파는 U자형 단면을 갖는 지지 가이드(supporting guides, 64)가 맞대기 용접된(butt-welded) 상승 파동 에지(60) 및 하강 파동 에지(61)에 마주보는 필터 섹터(62)를 수용하고 지지하기 위한 U자형 요소(U-shaped element, 58)인, 장치 또는 구조체. - 제21항에 있어서,
서로로부터 이격된 근위 링(proximal ring, 65) 및 원위 링(distal ring)을 포함하는 한 쌍의 링은 상기 지지 가이드(64)의 하단을 지지하기 위해 상기 원통형 부분(54)의 각 측면에 장착되며,
상기 원통형 부분(54)과 접촉하는 상기 근위 링(65)에는 각진 등거리의 만입부(indentations, 67)가 마련되는, 장치 또는 구조체. - 제22항에 있어서,
상기 파동골(59)은 상기 내부 원통형 부분(54)과 접촉하는 상기 근위 링(65) 상의 한 쌍의 상기 각진 등거리의 만입부(67)와 맞물리도록 설계된, 상기 상승 파동 에지(60) 및 상기 하강 파동 에지(61)와 동축인 한 쌍의 만입부(68)를 갖는, 장치 또는 구조체. - 제21항에 있어서,
상기 U자형 요소(58)는 연속적인 U자형 요소(58)에 연결하도록 구성된 파고점(63)을 가지며, 상기 파고점(63)은 외부 원통형 슬리브(52)의 부분(70)을 지지하기 위한 대향 플레이트(opposed plates, 69)를 지지하는, 장치 또는 구조체. - 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
여과된 액체(4)를 수득하기 위해 여과될 액체(2)에 부분적으로 침지된 필터(8)를 포함하며,
상기 필터(8)는:
상기 여과된 액체를 포함하는 내부 공간으로부터 상기 여과될 액체를 포함하는 외부 영역을 분리하도록 배치된 필터 섹터(9)를 지지하는, 구조체(50);
역세척 장치(93); 및
상기 역세척 장치에 여과된 액체를 공급하기 위한 공급 시스템(75);을 포함하며,
상기 여과된 액체는 상기 여과될 액체의 상기 수위 L보다 낮은 수위로 유지되고, 상기 지지 구조체(50)는 외부 지지체(79, 80)의 축 주위에 회전 가능하게 장착되며 상기 여과된 액체의 유출을 허용하는 적어도 하나의 통로를 가지며,
상기 공급 시스템(75)은:
· 상기 내부 공간을 통과하도록 배치된 역세척 연결 튜브(backwash connecting tube, 97); 및
· 상기 역세척 연결 튜브에 연결되고 상기 내부 공간 내에 연장되는 복수의 스프레이 튜브(spray tubes, 99);를 포함하는, 장치. - 제25항에 있어서,
축(x)을 중심으로 회전할 수 있도록 외부 지지체(79, 80) 상에 장착된 2개의 원형 엔드 플레이트(53); 및
복수의 디스크(31);에 의해 형성된 상기 구조체(50)를 포함하며,
상기 디스크(31)의 엔드 디스크(end discs)는 상기 2개의 원형 엔드 플레이트(53)에 고정되고, 각 디스크(31)는 내부 반경(r) 및 외부 반경(R)을 갖는 원형 링의 형상을 가지며 상기 내부 반경과 상기 외부 반경 사이에 서로 마주하고 내부 디스크 격실(internal disc compartment, 84)을 한정하는 다수의 필터 섹터(9)를 포함하고,
상기 내부 디스크 격실(84)은 원통형 슬리브(52)에 의해 상기 외부 반경에서 주변으로 폐쇄되고 하나 디스크를 다른 디스크로부터 분리하는 원통형 부분(54)에 의해 형성된 공통 내부 공간(common inner space, 35)을 향해 내부 반경에서 개방되고,
상기 회전 디스크 필터는, 저장소(V)를 포함하는 여과된 액체(4)를 공급하기 위한 공급 시스템(75), 펌프(48) 및 상기 공급 시스템(75)의 작동을 위한 기구를 더 포함하며,
상기 공급 시스템은:
· 상기 공통 내부 공간을 통과하는 역세척 연결 튜브(97); 및
· 상기 역세척 연결 튜브에 연결되고 상기 내부 공간 내에 연장되는 복수의 스프레이 튜브(spray tubes, 99);를 포함하는 역세척 장치(93)를 공급하도록 구성되는, 장치. - 제25항 또는 제26항에 있어서,
상기 구조체(50)를 회전시키도록 배치된 모터(motor) 및 기어박스(gearbox)를 더 포함하는, 장치. - 제26항 또는 제27항에 있어서,
상기 역세척 연결 튜브(73)를 회전시키기 위한 진동 장치(101; 101')를 포함하며,
상기 진동 장치는 각각의 상기 원형 엔드 플레이트(53)의 상기 공통 내부 공간(35) 외부에 위치하고 상기 공통 내부 공간(35) 안을 통과하고 상기 축(x)과 동축인 지지체(28)에 장착되는, 장치. - 제28항에 있어서,
상기 원형 엔드 플레이트(53) 중 적어도 하나는 상기 여과된 액체(4)의 유출을 허용하기 위해 상기 공통 내부 공간(35)와 연통하는 어퍼쳐(aperture, 87)를 갖는, 장치. - 제28항에 있어서,
상기 진동 장치(101)는:
· 상기 어퍼쳐(87)에 고정적으로 장착된 링 기어(ring gear, 102); 및
· 상기 역세척 연결 튜브(97) 근처의 상기 역세척 장치(93)에 회전 가능하게 장착된 편심 피니언(eccentric pinion, 103)을 포함하며,
상기 편심 피니언(103)은 상기 링 기어(102)와 맞물리는, 장치. - 제28항에 있어서,
상기 진동 장치(101')는:
· 상기 어퍼쳐(87)에 고정적으로 장착된 로브형 캡(lobed cam, 102'); 및
· 상기 역세척 연결 튜브(97) 근처의 상기 역세척 장치(93)에 회전 가능하게 장착된 롤러 캠 팔로워(roller cam follower, 103');를 포함하는, 장치. - 제25항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 스프레이 튜브(99)는 상기 필터 섹터(9)를 향하는 복수의 대향 노즐(15)을 갖는, 장치. - 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 역세척 장치에 여과된 액체를 공급하기 위한 상기 공급 시스템(75)은 세척 장치(105)를 공급하도록 구성되며,
상기 세척 장치는:
· 상기 축(x)에 평행한 상기 구조체(50) 외부에 장착된 세척 연결 튜브(106); 및
· 상기 세척 연결 튜브(106)에 결합된 복수의 스프레이 튜브(18)를 포함하며,
각각의 스프레이 튜브는 상기 필터 섹터(9)에서 외부로 작용하고 여과된 액체 제트를 접선 방향으로 아래쪽으로 향하게 하기 위해 2개의 인접한 디스크(31) 사이에서 연장되는, 장치. - 제25항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
여과된 액체를 공급하기 위한 상기 공급 시스템(75)은 적어도 하나의 압력 게이지(89), 적어도 하나의 압력 스위치(90) 및/또는 적어도 하나의 카트리지 필터(91)를 더 포함하는, 장치. - 제29항에 있어서,
상기 여과된 액체(4)가 상기 필터 섹터(9)를 통해 상기 원형 엔드 플레이트(53)에 마련된 적어도 하나의 어퍼쳐(87) 밖으로 흐르도록 구성되는, 장치. - 제25항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
· 상기 여과될 액체(2)용 컨테이너(5); 및
· 상기 컨테이터에 배치되는, 선반(shelf, 70); 또는
· 상기 필터가 상기 컨테이너에서 상기 여과될 액체의 상기 수위(L) 위로 돌출하도록 상기 필터를 지지하는 레그(legs);를 더 포함하며,
상기 필터(8)는 상기 필터가 상기 용기에서 상기 여과될 액체의 상기 수위(L) 위로 돌출하도록 상기 선반에 놓여지는, 장치. - 제36항에 있어서,
상기 여과된 액체(4)는 상기 필터(8)의 내부에서 및 상기 필터로부터 상기 여과된 액체의 유출을 허용하기 위한 어퍼쳐(87)에서 수위(Lf)을 가지며,
상기 여과된 액체의 수위(Lf)은 상기 컨테이너에서 상기 여과될 액체의 상기 수위(L) 보다 낮은, 장치. - 제25항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터 섹터(9)는 2 내지 40 ㎛의 기공을 갖는 여과 재료(filtering material)를 포함하는, 장치. - 제25항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터 섹터(9)는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, PTFE, 스테인리스 강, 및 나일론을 포함하는 그룹으로부터 선택된 직물 또는 여과 재료를 포함하는, 장치. - 제25항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여과될 액체는 농도가 1 내지 50 g/L인 부유 고형물(suspended solids)을 포함하는, 장치. - 제25항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터 섹터(9)의 외부로 및 상기 필터 섹터(9)에 아주 근접하게 난류 운동을 생성하기 위해 매크로 버블(macro bubbles)과 나노 버블(nano bubbles) 사이의 크기를 갖는 기포(air bubbles, 7)를 주입하기 위한 공기 공급기(air feeders)를 포함하는, 장치. - 제25항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여과될 액체(2)의 상기 수위(L)과 상기 여과된 액체(4)의 상기 수위(Lf) 사이의 상기 높이는 0 내지 3 m이며,
상기 필터 섹터에 증착된 상기 층(14)의 두께는 0 내지 0.06m인, 장치. - 제25항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여과된 액체(4)의 상기 플럭스는 0 내지 5,000 L/(m2h)인, 장치. - 제25항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여과된 액체(4)에서 상기 부유 고형물의 함량은 0 내지 10 mg/L인, 장치. - 제25항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디스크(31)의 상기 회전 속도는 0 내지 10 rpm인, 장치. - 제25항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디스크(31)의 개수는 1 내지 40개인, 장치. - 제25항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디스크(3)의 상기 직경은 0.5 내지 4 m인, 장치. - 제1항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
여과된 액체(4)를 수득하기 위해 여과될 액체(2)에 부분적으로 침지된 필터를 포함하며,
상기 필터는 필터 섹터(9)를 지지하는 구조체(50)를 포함하고,
상기 필터가 부분적으로 침지되면, 상기 필터 섹터(9)는 상기 여과된 액체를 포함하는 내부 공간으로부터 상기 여과될 액체를 포함하는 외부 영역을 분리시키고,
상기 여과된 액체는 상기 여과될 액체의 상기 수위(L)보다 낮은 수위로 유지되고,
상기 지지 구조체(50)는 외부 지지체(79, 80)의 축 주위에 회전 가능하게 장착되고 상기 여과된 액체의 유출을 허용하는 적어도 하나의 통로를 가지며,
상기 내부 공간은 액체를 보유하기 위해 적어도 2개의 분리된 비접촉 부분(unconnected parts)으로 나뉘는, 장치. - 제48항에 있어서,
상기 필터(8)는 프레임에 배치되며 용기(vessel) 내에 위치하고 필터 구조체(50)를 가지며,
상기 필터 구조체(50)는:
· 축(x)을 중심으로 회전할 수 있도록 외부 지지체(79, 80)에 장착된 제1 원형 엔드 플레이트 및 제2 원형 엔드 플레이트(51);
· 상기 제1 원형 엔드 플레이트 및 상기 제2 원형 엔드 플레이트가 각각 장착되는 제1 엔드 디스크(310) 및 제2 엔드 디스크(311)를 포함하며 복수의 디스크(31, 310, 311);
· 상기 여과된 액체의 상기 유출을 허용하도록 공통 내부 공간과 연통하는 적어도 유출 어퍼쳐(121);를 포함하고,
각 디스크는 내부 반경(r) 및 외부 반경(R)을 갖는 원형 링 형태이며, 상기 내부 반경(r)과 상기 외부 반경(R) 사이에 서로 마주보며 내부 디스크 격실(84)을 한정하는 복수의 필터 섹터(9)를 포함하며,
상기 내부 디스크 격실(84)은 원통형 슬리브(52)에 의해 상기 외부 반경(R)에서 주변으로 폐쇄되고 하나의 디스크를 다른 디스크로부터 분리하는 원통형 부분(54)에 의해 형성된 상기 공동 내부 공간(35)을 향해 상기 내부 반경(r)에서 개방되고,
상기 유출 어퍼쳐(121)는 상기 제1 원형 엔드 플레이트 또는 상기 제2 원형 엔드 플레이트(51) 중 하나에서 제1 플랜지(121)에 의해 플랜지된 어퍼쳐(flanged aperture, 109)에 연결되며,
상기 내부 공통 공간은 분리 벽(145)로 나뉘는, 장치. - 제49항에 있어서,
각각의 부분은 각각의 탁도 센서(turbidity sensor, 146)가 마련되는, 장치. - 제49항 또는 제50항에 있어서,
적어도 하나의 전동식 스톱 밸브(motorised stop valve, 147)를 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 전동식 스톱 밸브 각각은 상기 여과된 액체(4)의 유출을 막기 위해 각각의 유출 어퍼쳐(121)의 하류에 마련되는, 장치. - 제49항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 원형 엔드 플레이트(51)는 상기 디스크(31, 310, 311)의 상기 내부 반경(r)과 동일한 내부 반경(r)을 갖는 원형 링 형상이며, 상기 내부 반경과 상기 디스크의 상기 외부 반경과 동일한 상기 외부 반경 사이에 상기 엔드 디스크(310, 311)에 속하는 동일한 복수의 필터 섹터(9)와 마주하는 복수의 필터 섹터(9)를 포함하는, 장치. - 제49항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 외부 지지체(79, 80)는 제1 플랜지(122)에 의해 원형 엔드 플레이트(51)의 플랜지된 어퍼쳐(19)에 연결된 유출 어퍼쳐(121)를 지지하도록 구성되고,
제2 플랜지(125)에 의해 상기 필터의 상기 프레임(73)에 결합되는 부싱-베어링 슬리브(bushing-bearing sleeve, 124)에서 슬라이딩 마찰부(sliding friction) 또는 부싱(busing, 12)을 가지며,
상기 부싱(12)은 내부적으로 상기 유출 어퍼쳐(121)의 옆에 있고, 각 단부 상에 상기 유출 어퍼쳐 및 상기 부싱-베어링 슬리브와 동축인 근위 래버린스 밀봉부(labyrinth seals, 126) 및 원위 래버린스 밀봉부(127)를 가지며,
상기 부싱 및 상기 제2 래버린스 밀봉부는 상기 유출 어퍼쳐(121)에 하드 스톱(hard stops)에 대한 이동 제한을 갖는, 장치. - 제53항에 있어서,
근위 래버린스 밀봉부(126) 및 원위 래버린스 밀봉부(127)를 포함하며,
외부 홈(grooves)를 갖는 내부 링(141), 및 상기 외부 홈과 동축이며 상기 외부 홈에 결합되는 내부 홈을 갖는 외부 링(142)을 포함하여 상기 링들 사이의 내부 공간을 한정하고,
상기 내부 링 및 상기 외부 링 모두 상기 유출 어퍼쳐(21) 및 상기 부싱-베어링 슬리브(24)에 견고하게 연결되는, 장치. - 제54항에 있어서,
상기 내부 링(141) 및 외부 링(142)은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)으로 제조되는, 장치. - 제53항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
· 채널(140)에 의해 상기 근위 래버린스 밀봉부(126) 및 상기 원위 래버린스 밀봉부(127) 내부의 상기 공간에 연결된 상기 외부 슬리브(124)의 상부에서 윤활 노즐(139)를 포함하며,
상기 부싱의 내부 부분은 상기 유출 어퍼쳐(121)에 의해 한정되는, 장치. - 제49항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구조체(50)는 외부 지지체(79, 80)의 축(x) 주위에 회전 가능하게 장착되며, 기어 박스(110) 및 트랜스미션 샤프트(transmission shaft, 120)를 포함하는 제1 그룹에 의해 회전하는, 장치. - 제57항에 있어서,
상기 제1 그룹과 함께 작동하도록 배치된 제2 기어 박스(119) 및 트랜스미션 샤프트(120)를 포함하는 제2 그룹을 더 포함하며,
상기 제1 그룹 및 상기 제2 그룹은 상기 장치의 반대쪽 단부에 있는, 장치. - 제57항 또는 제58항에 있어서,
제1 여과된 액체 공급 시스템 및 제2 여과된 액체 공급 시스템(75)을 포함하며, 여과된 공급 시스템 각각은 여과된 액체용 저장소(149), 펌프(150) 및 역세척 장치(93) 및 세척 장치(105)로의 상기 여과된 액체의 공급을 제어하기 위한 제어부를 포함하는, 장치. - 제59항에 있어서,
상기 역세척 장치(93)는:
· 상기 공통 내부 공간(35)을 통과하는 역세척 연결 튜브(154); 및
· 상기 역세척 연결 튜브(154)에 연결된 복수의 스프레이 튜브(155);를 포함하며,
각각의 스프레이 튜브는 각 디스크의 각 내부 영역(84)을 연장하고,
각각의 스프레이 튜브(155)는 상기 필터 섹터(9)를 향하는 복수의 대향 노즐(156)을 갖는, 장치. - 제49항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
· 상기 여과된 액체의 상기 수위 보다 위에 있는 내부 영역과 연통하는 제1 단부 및 외부 환경과 선택적으로 연통하는 제2 단부를 갖는 적어도 하나의 압력 보상 튜브(pressure-compensating tube, 157); 및
· 상기 내부 영역에 국부적으로 상기 대기압 보다 높은 압력을 선택적으로 제공하기 위한 펌프;를 더 포함하는, 장치. - 총 부유 고형물이 10 mg/L 미만인 여과된 액체를 제조하기 위해 제1 면(10) 및 제2 면(11)을 갖는 액체 투과성 여과 요소(9)를 사용하여 총 부유 고형물이 1 내지 50 g/L인 액체를 여과하는 방법으로서,
상기 액체를 통해 상기 액체 투과성 여과 요소를 순환시키는 단계를 포함하며, 상기 단계에 의해:
· 제1 위치에서, 상기 여과 요소의 상기 제1 면의 영역이 압력하에 액체에 노출되고, 상기 여과 요소에 걸친 압력이 0 내지 5.9 kPa이며,
· 제2 위치에서 상기 영역은 압력하에 액체에 노출되지 않거나 저압에서 액체에 노출되고, 상기 여과 요소의 상기 제1 면에 축적된 고형물은 상기 여과 요소를 통해 적어도 하나의 제트를 상기 여과 요소의 상기 제2 면에서 상기 여과 요소의 상기 제1 면으로 향하게 하여 제거될 수 있고,
상기 여과 요소는 기공 크기를 가지며, 상기 여과 요소는 투과 플럭스가 200 내지 5,000 L/(m2h)이고 제거될 때 축적된 고형물의 층 두께가 0 내지 6 cm가 되도록 하는 속도로 순환하는, 방법. - 제62항에 있어서,
상기 기공 크기는 2 내지 40 ㎛인, 방법. - 제63항에 있어서,
상기 기공 크기는 15 내지 25 ㎛인, 방법. - 제62항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 속도는 0.25 내지 30 m/min인, 방법. - 제65항에 있어서,
상기 액체 투과성 여과 요소(9)는 다양한 기공 크기를 갖는 기공을 포함하며, 상기 기공 크기는 2 내지 40 ㎛인, 방법. - 제65항 또는 제66항에 있어서,
상기 액체(2) 내로 기포(7)를 도입시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제65항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 투과성 여과 요소(9)는 메쉬(mesh)를 포함하는, 방법. - 제65항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 투과성 여과 요소(9)는 폴리머(polymer), 예를 들어, 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), PTFE, 또는 나일론(nylon)을 포함하는, 방법. - 제65항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 투과성 여과 요소(9)는 금속, 스테인리스 강을 포함하는, 방법. - 제65항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 투과성 여과 요소(9)는 상기 액체(2)에 부분적으로 침지되는, 방법. - 제65항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 투과성 여과 요소(9)의 50 내지 70%는 상기 액체(2)에 침지되는, 방법. - 제65항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축적된 고형물은 주기적으로 제거되는, 방법. - 제73항에 있어서,
상기 축적된 고형물은 매 사이클마다 제거되는, 방법. - 제73항 또는 제74항에 있어서,
상기 주기는 10 내지 1000 s인, 방법. - 제62항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여과 요소(9)에 걸친 상기 압력을 제어하기 위해 상기 여과 요소(9)에 걸친 상기 액체(2)와 상기 여과된 액체(4)의 높이 차이를 야기하는 단계를 포함하는, 방법. - 제62항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 위치에서 상기 영역은 상기 액체(2) 보다 위에 있는, 방법. - 제62항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서,
미리 결정된 수위를 초과하는 상기 여과 요소(9)에 걸친 상기 압력에 따라 상기 여과 요소의 상기 제1 면(10)에서 제트를 지향시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제62항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
미리 결정된 수위를 초과하는 상기 여과 요소(9)에 걸친 상기 압력에 따라 상기 액체(2) 내로 기포(7)를 도입시키거나 도입 속도를 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 컴퓨터가 실행될 때, 상기 컴퓨터가 제62항 내지 제79항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램.
- 비 일시적일 수 있는 컴퓨터 판독 가능 매체, 및 상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 제80항에 따른 상기 컴퓨터 프로그램을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
- 제1항 내지 제61항 중 어느 한 항에 따른 상기 장치;
상기 장치를 모니터링하도록 배치된 하나 이상의 센서 세트;
상기 장치를 제어하도록 배치된 하나 이상의 액츄에이터(actuators) 세트 및/또는 하나 이상의 모터 및/또는 펌프 세트; 및
상기 하나 이상의 센서 세트로부터 신호(들)을 수신하도록 배치되고, 상기 하나 이상의 액츄에이터 세트 및/또는 상기 하나 이상의 모터 및/또는 펌프 세트를 제어하도록 제어 신호를 제공하도록 배치된 컴퓨터 시스템;을 포함하는, 시스템. - 제82항에 있어서,
상기 컴퓨터 시스템은 상기 여과 요소 상의 고형물의 증착 속도, 상기 고형물의 압축 정도 및/또는 고형물이 상기 액체로 다시 재도입되는 속도를 제어하도록 배치되는, 시스템.
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