WO2011052938A2 - 다공성 여재를 이용한 고속 여과처리장치와 이의 역세척 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다공성 여재를 매개로 하면서 역세척이 용이한 고속 여과처리장치에 관한 것으로, 여과처리될 유입수를 고속 여과처리장치의 상부로 안내하고 하향류하면서 여과처리하는데, 유입수의 수위 혹은 처리수의 유량 변동을 감지한 다음에, 유입수와 처리수의 유동을 차단하고, 역세설비를 통해 역세척수 및/또는 공기를 상향류로 공급하면, 역세척수의 수류를 통한 다공성 여재의 유동화로써 다공성 여재 간의 충돌과 마찰작용으로 다공성 여재에서 오염물질을 분리하고, 다공성 여재를 정위치에 안착시키고 오염물질이 가라앉기 전에 고속 여과처리장치의 배출관을 통해 오염물질을 배출하여 다공성 여재를 역세척하여 여과효율을 최적 상태로 유지할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 다공성 여재를 이용한 고속 여과처리장치의 역세척 방법을 포함한다.

Description

다공성 여재를 이용한 고속 여과처리장치와 이의 역세척 방법

본 발명은 여과장치, 더욱 특별하기로 다공성 여재를 이용한 고속 여과처리장치에서 역세척을 쉽게 실현할 수 있도록 설계되어 있다. 또한, 본 발명은 다공성 여재를 이용한 고속 여과처리장의 역세척 방법을 포함한다.

일반적으로, 상·하수, 폐수 및 우수에는 다양한 오염물질과 총인(T-P)을 함유하고 있는데, 이러한 물 속에는 인 부하가 매우 높은 편이다.

여기서, 방류수역으로 유입된 인은 영양염류로서 부영양화를 일으키는 수역에 다량의 조류 발생을 유발시켜 수서생태계에 악영향을 미치게 된다.

이러한 문제를 야기하는 오염물질과 인에 대한 용수처리할 때에 물 속의 혼탁한 탁도, 부유물질(Suspended Solid;이하 SS) 또는 인 등의 물질을 제거하기 위해 약품을 주입하여 플럭(floc)입자를 형성하고 응집과 침전 공정으로 처리하고 있다.

일반 상수도 수원지나 하수종말처리장 등의 대형 기간처리시설에서는 전술된 공정들을 위해 개별적인 응집조, 응결조, 침전조를 구비하고 있어 상당한 설비면적에 대한 부담을 가져야 하며, 이러한 대규모 시설의 운전 및 관리에 어려움이 뒤따르게 된다.

또한, 종래에 사용되었던 하수 처리장치는 수중에 함유된 불용성 SS, 생물학적 산소요구량(BOD)과 총인을 더욱 효과적으로 제거할 수 있도록 다양한 매질, 예컨대 모래 등의 여재를 사용하여 오염물질을 제거할 수 있도록 설계되어 있다.

하지만, 현존하는 하수 처리장치에서 하수의 유속과 유량에 따라 유입되는 오염물질의 양이 현저하게 달라 그에 따른 여과공정을 효율적으로 대처할 수 없을 뿐만 아니라 여재 내에서 발생하는 수두손실(Head Loss)의 차이와 여과처리 시간에 의해 정기적으로 혹은 부정기적으로 역세척을 실시해야 하는데 적정한 역세척 주기를 산정하는 데에 상당한 어려움이 따른다.

종래의 고속 여과처리장치 내에서 역세척이 시의적절하게 실행되지 않게 되면 여과효율이 현저하게 떨어지게 된다. 또한, 종래의 역세척 방법은 역세척시 역세척수를 지속적으로 공급하여 여과처리장치를 월류시켜 외부로 세척수와 함께 탁질을 배출시킬 수밖에 없는 구조로 되어 있기 때문에 역세척수의 소모량이 상당하다. 이렇게 발생하는 다량의 세척수는 또 다른 하수의 주처리공정에 의해 여과처리해야 하는 문제점을 갖는다.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해서 창출된 것이다.

본 발명은 점오염원 혹은 비점오염원 등에서 유출될 다양한 유형의 오염물질, 특히 본 발명은 별도로 구비된 역세설비를 매개로 하여 다공성 여재에 포획된 SS와 T-P을 효과적으로 제거할 수 있도록 하여 일정 수준의 여과효율을 지속적으로 유지할 수 있다.

즉, 본 발명의 목적은 다공성 여재를 갖춘 고속 여과처리장치를 통해 여과속도를 향상시키는, 한편 여과속도 등을 감안하여 역세척할 수 있도록 제안된다.

이를 위해서, 본 발명에 따른 다공성 여재를 이용한 고속 여과처리장치는 여과처리될 유입수를 고속 여과처리장치의 상부로 안내하고 하향류시키면서 여과처리하는데, 유입수의 수위 혹은 처리수의 유량 변동을 감지한 다음에, 유입수를 차단하고 처리수를 완전히 배출하고, 비워진 고속 여과처리장치에 역세설비를 통해 역세척수 및/또는 공기를 상향류로 공급하면서, 역세척수의 수류 혹은 공기의 기류를 통한 다공성 여재의 유동화로써 다공성 여재 간의 충돌과 마찰작용으로 다공성 여재에서 오염물질을 분리하고, 역세척 배관을 차단하여 다공성 여재를 정위치에 안착시키고 오염물질이 가라앉기 전에 고속 여과처리장치의 배출관을 통해 오염물질을 배출하여 다공성 여재를 역세척하여 여과효율을 최적 상태로 유지할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.

전술된 종래기술에 따른 여과장치의 역세과정에서, 역세척수로 역세하면서 그 오염물질과 세척수를 외부로 배출하기 위해서 역세 도중에는 역세척수를 지속적으로 제공해야 하기 때문에 역세척수의 소모량이 상당하다. 하지만, 본 발명에 따른 고속 여과처리장치는 역세척수를 고속 여과처리장치 내에 일정한 수위, 다시 말하자면 배출관보다 높고 고속 여과처리장치를 월류하지 않을 정도의 수위, 까지만 채워도 충분히 역세척할 수 있어 그 역세척수의 소모량이 현저하게 줄어드는 장점을 갖는다. 이와 더불어서, 본 발명은 단순히 역세척수의 상향 분사만으로도 다공성 여재의 박리효과를 충분히 달성할 수 있다.

덧붙여서, 본 발명은 역세 후에 다공성 여재에서 박리된 오염물질과 세척수를 고속 여과처리장치에 별도로 구비된 배출관을 통해서 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다. 이는, 오염물질과 세척수가 다시 여과층부 상으로 침전 혹은 이들과의 접촉을 가급적 회피시켜 다공성 여재의 공극율을 보전할 수 있도록 하기 위함이다.

본 발명에 따른 다른 실시예는 배출관의 입구에 별도의 개폐수단을 구비하여 세척수와 오염물질의 배출을 제어하는 것을 특징으로 한다. 특히, 개폐수단은 그 상부부터 개방하여 배출관의 개방 부위로 유입될 세척수와 오염물질의 흐름속도를 제어하여 가라앉아 있는 다공성 여재가 배출관으로 휩쓸려 가지 않도록 하는 한편, 오염물질이 여과층부 상으로 내려앉기 전에 신속하게 배출할 수 있도록 설계되어 있다.

본 발명에 따른 또 다른 실시예는 단일 하우징 내에서 응집과 여과기능을 동시에 수행할 수 있도록 되어 있는데, 단일 하우징의 상부에서는 반응조 역할을 수행하는 반면에 이의 하부에서는 여과조 역할을 수행하도록 되어 있다.

이와 더불어서, 본 발명은 다공성 여재를 이용한 고속 여과처리장치의 역세척 방법을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명에 따른 고속 여과처리장치는 하향류 고속 여과장치 내에서 다공성 여재를 역세척하여 고속 여과장치를 최적의 상태로 유지하여 여과효율을 극대화시킬 수 있도록 제공된다.

특히, 본 발명에 따른 고속 여과처리장치는 역세척수의 불필요한 과다 소모를 줄여 수처리에 적용되는 본 발명의 특성에 부합되는 것이다.

본 발명은 다른 종래기술에 따른 역세척 방법에 비해서 역세척 시간을 현저하게 줄이고 역세척수 공급에 필요한 동력을 최소화할 수 있는 한편, 여과공정을 위한 운전시간을 증가시킬 수 있다.

이와 더불어서, 본 발명은 역세척 후에 오염물질이 여과층부로 다시 침강되기 전에 조속하게 배출하고 개폐수단의 개방 정도를 제어하여 배출관으로 배출될 역세척수의 유량을 조절하여 여과층부를 구성하는 다공성 여재의 유실을 미연에 방지할 수 있도록 되어 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다공성 여재를 적용한 고속 여과처리장치의 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 고속 여과처리장치의 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 고속 여과처리장치의 개략적인 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 고속 여과처리장치의 개략적인 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 고속 여과처리장치의 역세척 방법의 순서도이다.

도 6은 도 5에 도시된 역세척 방법의 운전공정을 순서에 따라 본 발명의 고속 여과처리장치에 적용하여 각 단계별로 도시한 개략도이다.

이제, 본 발명의 다공성 여재를 이용한 고속 여과처리장치는 첨부도면을 참조로 하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 다공성 여재를 적용한 고속 여과처리장치의 개략적인 단면도이다.

여기서, 유입수라는 용어는 당해 분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있듯이 점오염원 혹은 비점오염원에서 직접 안내될 하수이거나 전처리 과정, 예컨대 혼화지, 침전지 등에서 일차적으로 처리된 처리수일 수도 있다.

또한, 처리수라는 용어는 화학적, 물리적, 생물학적으로 여과공정을 거친 상태의 물, 본 발명의 상세한 설명에서는 여과층부를 통과하여 여과된 물을 의미한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 고속 여과처리장치(1)는 하우징으로 이루어진 하향류 여과조로 되어 있는데, 유입관(11)을 따라 이송된 유입수는 고속 여과처리장치(1)로 안내되는데, 특히 고속 여과처리장치(1)에서는 유입수가 위에서 아래로, 즉 하향류로 내려보내지면서 여과층부(40)를 관통하여 여과처리되도록 설계되어 있고, 역세설비(20)를 수단으로 하여 여과층부를 더욱 빠르고 쉽게 역세척하는 것을 특징으로 한다.

하우징의 바닥면과 나란하게 여과층부(40)를 구비하는데, 이 여과층부(40)는 하우징의 바닥면과 떨어지게 배치되어 여과층부(40)와 바닥면 사이에 공간을 제공한다. 이 공간은 여과층부(40)로 여과된 처리수가 이동하는 통로로써 사용될 것이다. 이 처리수는 하우징 바닥면에 구비된 유출관(12)을 통해 외부로 배출된다.

본 발명의 고속 여과처리장치(1)는 교반기를 추가로 구비할 수 있는데, 이 교반기는 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예컨대, 고속 여과처리장치의 여과시 유입수와 응집제의 혼합을 도울 수 있으며, 고속 여과처리장치의 역세척시 역세척수의 수위 상승으로 떠오르는 다공성 여재는 교반기의 구동을 통해 단시간 내에 서로 충돌을 야기하도록 회전될 수 있을 뿐만 아니라 다공성 여재가 충분히 가라앉은 후에는 역세척수와 함께 부유되어 있는 탁질을 천천히 가라앉도록 할 수 있다.

바람직하기로, 여과층부(40)는 고속 여과처리장치(1)의 바닥면과 평행하게 이격되게 배치되는바, 다공성 여재(44)로 충전되어 있다.

여과층부(40)의 구조는 도 1의 원호에 비교적 상세하게 도해한다. 선택가능하기로, 여과층부(40)는 지지대(41)와, 와이어 메쉬(42), 굵은 모래층(43), 및 다공성 여재(44)로 구성된다. 지지대(41)는 고속 여과처리장치(1)의 하우징 내부를 가로질러 배열되되, 그 상에 안착될 와이어 메쉬, 굵은 모래층 뿐만 아니라 다공성 여재를 충분히 지탱할 수 있게 배열된다. 와이어 메쉬(42)는 도시되었듯이 지지대(41) 상에 배열된다. 와이어 메쉬(42)는 그 위에 안착될 구성부재, 예컨대 굵은 모래가 여과층부(40) 아래로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 촘촘한 구조로 선택되는 것이 바람직하다. 와이어 메쉬(42)는 전술된 바와 같이 굵은 모래의 유실방지를 목적으로 할 뿐만 아니라 여과층부(40)를 역세척할 경우 역세척수의 상향류 이동을 가능하게 한다. 당해분야의 숙련자들에게 알려져 있듯이, 역세척수 혹은 처리수의 관통을 가능하게 하면서도 굵은 모래층은 통과하지 않도록 와이어 메쉬를 대신하여 다공판 등을 적용할 수도 있다.

더욱 효과적으로 굵은 모래의 유출을 방지하기 위해서 하나 이상의 와이어 메쉬(42)가 적층될 수 있다.

다공성 여재(44)는 와이어 메쉬(42) 위에 배열된 굵은 모래층(43) 상에 안착되어, 고속 여과처리장치(1)에서 하향류하는 유입수를 여과한다.

여과처리하면서, 다공성 여재 상에 적층될 탁질에 의해 더 이상 유입수가 여과처리되지 못해 여과처리된 처리수의 배출량이 현저하게 줄어들면 고속 여과처리장치(1) 내부에서는 유입수의 수위가 상승하게 된다. 본 발명은 감지기(50)를 수단으로 하여 고속 여과처리장치(1)의 유입수에 대한 변동사항을 측정하게 되는바, 예컨대 고속 여과처리장치 내의 유입수 수위, 처리수 유량 혹은 역세척수 수위 등을 측정한다. 예컨대, 유입수 수위의 변동, 더욱 구체적으로 미리 설정된 수위 이상으로 유입수가 차오르게 되면 이를 감지기(50)가 감지하는 한편, 여과층부(40)를 통해 여과처리된 처리수를 유출관(12)을 통해 외부로 내보내게 되는데, 이때 처리수의 유량을 실시간 혹은 비정기적으로 측정한 결과가 유출관(12)을 따라 배출될 처리수의 유량이 미리 설정된 유량에 미치지 못할 경우에 역세설비(20)를 통해 본 발명에 따른 고속 여과처리장치(1)의 바닥에서 여과층부(40)를 향해 상향류되게 역세척수를 공급한다. 선택가능하기로, 역세설비(20)는 역세척수 및/또는 공기를 공급하여 탁질 박리를 위한 역세척 과정을 도울 수 있다. 이와 더불어서, 감지기(50)는 역세척시 역세척수가 하우징 상부를 월류하지 않고 여과층부보다 높게 유지할 수 있도록 역세척수의 수위도 감지할 수 있다.

이러한 탁질(응집물 혹은 침전물)의 적층으로 여과층부(40)의 공극이 막혀져 여과효율에 떨어지게 되는데, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 별도의 역세설비를 구비한다.

역세설비는 역세용 펌프와 이 펌프에서 하우징 내부까지 길게 연장되어 있는 배관으로 이루어지며, 이 역세설비용 배관은 하우징의 바닥과 여과층부 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

역세척수는 유입수의 여과처리되는 유동방향과 반대방향으로 하우징 내부로 주입되어 여과층부(40)에 탁질로 폐색된 다공성 여재(44)를 부유상태로 분산시키면서 그 표면상에 붙어 있던 탈질을 분리하여 여과층부의 막힘을 해결한다.

역세척으로 분리된 탁질은 하우징의 내부공간(예컨대, 여과층부 위의 내부공간)으로 떠오르게 하여 하우징의 측면에 구비된 배출관(13)를 지나 외부로 반출된다.

선택가능하기로, 유출관(12)로 배출될 처리수의 일부가 역세척수로 사용되도록 하우징으로 돌려보내질 수도 있다.

이러한 역세척으로 박리된 탁질은 고속 여과처리장치(1), 더욱 구체적으로 여과층부(40) 위로 떠오르게 하여 고속 여과처리장치(1)의 측면에 구비된 세척수 배출용 배출관(13)을 지나 외부(예컨대, 배출수 저류조)로 반출된다. 덧붙여서, 굵은 모래층(43)은 역세척수의 상향류 분사를 통해 부상되는 다공성 여재와는 달리 부상 및/또는 부유되지 않을 것이다.

본 발명은 고속 여과처리장치(1)의 측벽면에 배출관(13)을 구비하는바, 특별하기로 배출관(13)은 도시되었듯이 여과층부(40)보다 높게 그리고 고속 여과처리장치(1)의 상부보다 아래에 위치된다. 배출관(13)은 여과층부(40)의 상부와 인접하게 위치되되, 하우징의 상부와 여과층부 사이의 중간지점 보다 아래에 위치되는 것이 바람직하다.

배출관(13)은 스크린(도시되지 않음)을 추가로 구비하는바, 이 스크린은 역세척 후에 세척수의 유동흐름에 편승하여 예상치 못하게 다공성 여재의 유실을 방지하는 것을 목적으로 한다. 바람직하기로, 스크린의 눈목간격은 다공성 여재의 입경보다 작게 되어 있다.

여기서, 본 발명의 고속 여과처리장치(1)에 사용될 다공성 여재(44)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온(예컨대, 800~1,100℃)으로 가열하고 이를 냉각분쇄하여 입경은 3mm 이하이며, 건조시 용적밀도 0.4~1.2g/㎤, 수분포화시 용적밀도 1.2~2.0g/㎤인 다공성 입자 여재로서 수질정화용으로 사용한다. 참고로, 본 발명에 적용될 다공성 여재(44)의 수분포화시 용적밀도는 1.2~2.0g/㎤이며, 바람직하게는 1.3~1.8g/㎤로 되어 있다. 기술된 다공성 여재(44)의 수분포화시 용적밀도를 참조하여, 용적밀도가 1.2g/㎤ 이하의 경우에는 물의 밀도와 거의 흡사하여 유동하는 물(예컨대, 역세척수)의 흐름에 쉽게 휩쓸리게 되어 여과층부 상에서 균등하게 분포되어야 할 다공성 여재가 일측으로 쏠릴 수 있고, 용적밀도가 2.0g/㎤ 이상의 경우에는 쉽게 떠오르지 않게 되어 다공성 여재의 부상으로 구현되는 본 발명만의 독특한 역세척 방법에 적합하지 않아 역세척수의 분사압을 상당히 높여야 하는 단점을 갖는다.

다시 말하자면, 수분포화시 다공성 여재는 물의 밀도(1g/㎤)보다 커 여과처리시 하방으로 흐르는 유입수의 흐름에 동요(흩날림)되지 않고 정위치될 수 있으며, 이와 달리 상대적으로 일반 모래의 밀도보다는 가벼워 역세척시 역세척수의 공급만으로도 용이하게 부상되어 떠오르는 다공성 여재끼리 충돌이 용이하게 이루어져 오염물질과 쉽게 분리될 수 있도록 되어 있다.

참고로, 다공성 여재(44)는 유리분말에 발포제를 혼합하고 고온으로 가열하여 이를 냉각분쇄하여 형성하는데, 상기 다공성 여재(44)는 작게 분쇄되면서 기포가 파괴되어 가라앉게 되어 있다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 고속 여과처리장치의 개략적인 단면도이다. 도 2에 도시된 본 발명의 제2실시예는 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시예에 고속 여과처리장치의 배출관에 개폐수단(60)을 별도로 구비하는 것을 제외하고는 유사한 구조로 이루어져 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성부재에 대한 설명은 여기서 배제할 것이다.

감지기(50)는 역세척시 역세척수가 하우징 상부를 월류하지 않고 여과층부보다 높게 유지할 수 있도록 역세척수의 수위를 감지할 수도 있다. 만약 역세척수가 미리 설정된 수위 이상으로 넘치게 될 경우에는, 감지기(50)의 감지를 통해 본 발명의 개폐수단(60)을 개방하여 역세척수의 수위를 조절할 수도 있다.

도시되었듯이, 본 발명은 고속 여과처리장치(1)의 측벽면에 개폐수단(60)을 구비하는바, 이 개폐수단(60)은 하우징과 배출관(13)를 유체연통가능하게 연결되어 이의 개방 및 폐쇄를 돕는다. 특별하기로 개폐수단(60)은 도시되었듯이 여과층부(40)보다 높게 그리고 고속 여과처리장치(1)의 하우징(굵은선으로 표시됨) 상부보다 아래에 위치된다. 개폐수단(60)은 여과층부(40)의 상부와 인접하게 위치되되, 하우징의 상부와 여과층부 사이의 중간지점 보다 아래에 위치되는 것이 바람직하다.

특히, 개폐수단(60)은 다공성 여재를 역세한 역세척수와 함께 역세척수에 휩쓸려 박리된 탁질을 여과층부(40) 상으로 침강되기 전에 신속하게 외부(즉, 배출관(13)으로 안내되어)로 반출될 수 있게 부분적으로 혹은 완전히 개방될 수 있다. 물론, 개폐수단(60)은 여과처리중이거나 역세척 도중에는 폐쇄되어야 한다.

개폐수단(60)은 도시된 바와 같이 힌지식 수문 형태로 되어 있다. 개폐수단(60)의 디스크(61)는 배출관(13)의 입구 둘레를 둘러싸고 있는 프레임(62) 상에서 힌지부(63)를 매개로 하여 회동가능하게 힌지식으로 연결되어 있고, 힌지부(63)를 중심으로 한 디스크(61)의 회동이동(화살표로 도시함)으로 배출관(13)을 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 이러한 구조는, 하우징 내부에 채워질 처리수 혹은 역세척수의 수압에 위해서는 강제로 개방되지 않는다.

특히, 개폐수단(60)은 힌지부(63)를 프레임(62)의 최하단부에 배열하여 디스크(61)의 개방시 수문의 위쪽부터 개방되도록 하는 것을 특징으로 한다. 이러한 배열구조는, 역세척시 부유상태의 다공성 여재끼리 충돌하여 탁질이 분리되고, 역세척수의 공급을 중단하게 되면 다공성 여재(44)는 다시 굵은 모래층(43) 위로 안착되는데, 다공성 여재(44)가 충분히 안착된 후에, 다공성 여재에서 박리된 탁질이 다시 다공성 여재 상으로 가라앉기 전에 개방된 개폐수단(60)을 통해 배출관(13)을 따라 조속하게 배출시킬 수 있다.

선택가능하기로, 개폐수단(60)은 실린더(미도시)의 왕복동 이동을 통해서 프레임(62) 상에서 디스크(61)를 회동가능하게 이동하여 개폐될 수 있다. 또는 힌지부(63)와 디스크(61)를 연결하는 힌지축을 모터에 연결하여 모터 구동으로 디스크(61)를 개폐할 수도 있다.

전술된 바와 같이, 디스크(61)가 위쪽부터 개방되므로 상대적으로 하우징의 상부에 있는 세척수를 먼저 배출함으로써, 부유상태로 하우징 내에서 떠 있던 다공성 여재가 역세척 후에 곧바로 침강되기 때문에, 배출관(13)을 따라 배출된 세척수의 흐름에 영향을 받지 않고 여과층부(40)에 균일하게 위치될 수 있도록 한다. 다공성 여재(44;도 1 참조)는 역세척수의 상향류 흐름으로는 유동(부상)될 수 있어야 하지만 바람직하기로는 유입수의 공급 및 세척수의 배출시에는 유수의 흐름에 가급적 영향을 받지 않도록 해야 한다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 고속 여과처리장치의 개략적인 단면도이다. 도 3에 도시된 본 발명의 제3실시예는 도 2에 도시된 본 발명의 제2실시예에서 고속 여과처리장치의 하우징에 구비된 힌지식 개폐수단(60)을 대신하여 역세척수 배출을 위한 승강식 개폐수단(60')을 별도로 구비하는 것을 제외하고는 유사한 구조로 되어 있다. 따라서, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성부재에 대한 설명은 여기서는 배제할 것이다.

개폐수단(60')은 도 2의 개폐수단(60)과 동일하게 다공성 여재를 역세척한 역세척수와 함께 이 역세척수에 휩쓸려 박리된 탁질들이 여과층부(40) 상으로 침전되기 전에 신속하게 배출관(13)을 따라 외부로 반출될 수 있게 개방되어야 한다. 물론, 개폐수단(60')은 여과처리중이거나 역세척 도중에는 폐쇄되어야만 한다.

개폐수단(60')은 도시된 바와 같이 승강식 수문 형태로 되어 있다. 개폐수단(60')의 디스크(61')는 승강 및/또는 하강의 왕복이동을 통해 배출관(13)의 입구를 개방 혹은 폐쇄할 수 있다. 이러한 구조는, 하우징 내부에 채워진 처리수 혹은 역세척수의 수압에 위해서는 강제로 개방되지 않는다.

반면에, 개폐수단(60')은 다양한 유형의 승강장치(M)를 수단으로 하여 디스크(61')를 수직이동(화살표로 도시함)시켜 개폐할 수 있도록 한다. 여기서, 언급된 승강장치(M)는 당해분야의 숙련자들에게 주지관용적 기술, 예컨대 모터 혹은 실린더로서 본 명세서에서는 구체적으로 이에 대한 내용을 기술하지는 않는다.

바람직하기로, 개폐수단(60')은 제2실시예의 개폐수단과 마찬가지로 상부부터 개방되도록 설계되어져 있다.

도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 고속 여과처리장치의 개략적인 단면도이다.

본 발명의 제4실시예에 따른 고속 여과처리장치는 앞서 기술된 제1실시예 내지 제3실시예와 유사한 구조로 이루어지는바, 바닥면과 이 바닥면 가장자리 둘레를 따라 수직되게 배열된 측면으로 둘러싸여 있는 하우징을 구비하는데, 바닥면에 평행하게 배열된 여과층부(40)를 이미 기술된 하우징 내에 구비한다.

본 발명에 따른 고속 여과처리장치는 협잡물의 응집처리공정을 추가할 수 있도록 유입수에 약품투입기(18)를 통해 응집제를 투여할 수도 있다. 고속 여과처리장치(1)의 하우징은 전술되었듯이 유입관(11)으로 공급된 유입수를 집수하고, 약품투입기(18)가 고속 여과처리장치에 응집제를 공급한다. 즉, 하우징은 유입수와 응집제를 혼합하여 응집시키는 응집반응구간으로 사용된다.

응집물(혹은 플럭)은 여과층부(40)의 다공성 여재(44;도 1 참조)와 접촉하면서 여과된다. 지속적으로, 이러한 응집과 여과과정을 거치면서 다공성 여재(44) 둘레로 응집물 입자가 포획되며 그 일부는 다공성 여재 상으로 쌓이게 되고, 하우징 내에 유입수가 여과층부(40)를 원활하게 관통하지 못하여 하우징 내에서 머물게 된다.

추가로, 고속 여과처리장치의 여과층부(40)에 적층될 응집물 혹은 퇴적물은 회전 교반기를 매개로 하여 하우징으로 유입된 유입수를 지속적으로 유동시켜 여과층의 표면이 교란되어 여과층 표면에 입자가 포획되어 여과손실이 일어나는 것을 방지하면서 퇴적물의 침강속도를 최대한 지연시켜 여과층부(40) 상으로 가라앉지 못하게 한다. 또한, 회전 교반기는 하우징으로 유입된 유입수와 약품투입기(18)로 공급될 응집제를 잘 혼합하여 협잡물의 응집을 돕는다.

도 5는 본 발명에 따른 고속 여과처리장치로 구현될 수 있는 역세척 방법을 단계별로 도시한 개략도로, 특히 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시예를 기준으로 하여 기술한다(본 발명의 고속 여과처리장치에 각 구성부재의 참조부호는 도 1을 참조 바람).

본 발명에 따른 고속 여과처리장치의 역세척 방법은 우선적으로 고속 여과처리장치 내에 유입관을 따라 안내될 유입수를 공급하는 단계(S100)를 포함한다.

유입수가 유입관(11)을 따라 고속 여과처리장치(1) 내로 안내되면서 응집제와 혼합되어 탁질입자인 플럭을 형성하는 단계(S900)를 추가로 포함할 수 있다. 이 플럭은 다공성 여재와의 접촉을 활성화시켜 상당한 처리효율을 제공할 수도 있다.

고속 여과처리장치(1)는 단계(S100)에서 유입수를 공급받고, 이와 동시에 고속 여과처리장치로 공급될 유입수는 중력의 작용에 위한 자유낙하를 통해 고속 여과처리장치, 예컨대 하우징의 바닥를 향해 떨어지는데, 이때 유입수는 고속 여과처리장치에 구비된 여과층부(40)를 관통하면서 다공성 여재로 탁질을 걸러내는 여과단계(S200)를 동시에 수행하게 된다.

유입수의 연속 공급으로, 고속 여과처리장치는 여과단계(S200)를 계속해서 수행하게 되는데, 장시간 운전하거나 유입수에 함유된 오염물질의 농도가 높을 경우에는 처음에 비해서 여과효율이 떨어질 수밖에 없다.

여과층부(40)의 다공성 여재 겉표면에 오염물질이 과도하게 포획되어 여과저항이 커지게 되면 여과효율이 떨어져, 여과층부(40)의 관통속도가 현저하게 느려지는 한편, 유입수는 계속 공급되므로 인해 고속 여과처리장치 내에 수용된 유입수의 수위가 향상될 것이다. 즉, 여과층부(40)가 폐색되면 처리성능이 떨어져 유출관(12)으로 배출된 처리수의 유량이 현저하게 감소될 것이다. 이러한 수처리 변동사항은 감지기(50)를 수단으로 하여 감지하는 단계(S300)를 통해 역세척 주기를 결정하게 된다.

미리 설정된 임의의 수치(예컨대, 유입수의 수위, 처리수의 유량 등)가 역세척 운전을 결정하게 되는바, 역세척을 필요로 하는 경우에, 우선적으로, 유입관(11)을 폐쇄한다(단계 S400). 유입수의 공급을 차단함으로써, 여과처리되지 못한 유입수가 본 발명의 고속 여과처리장치(1)를 월류하지 않게 하는 동시에, 기존에 유입되어 있던 유입수만을 여과처리하여 역세척할 수 있는 여건을 조성할 수 있다.

단계(S500)는 본 발명의 고속 여과처리장치에 유입수를 별도로 공급하지 않는 상황하에서 고속 여과처리장치 내에 잔존해 있는 유입수만을 여과처리하여 유출관(12)을 통해 물을 배출하는 단계로, 고속 여과처리장치를 비우게 한다. 단계(S500)의 배출단계에서는 선택가능하기로 고속 여과처리장치, 즉 하우징 내부의 물을 배출하는데, 특별하게 역세척수의 공급량을 줄이기 위해 여과층부의 상부 수체(水體) 정도만을 배출시킬 수 있다.

그런 다음에, 단계(S600)를 통해 역세척수가 고속 여과처리장치의 여과층부(40) 아래에서 위를 향해 공급된다. 역세척수의 공급은 전술된 바와 같이 여과층부(40)를 아래에서 위로 관통할 수 있게 상향류로 분사되되, 이때 역세척수는 여과층부(40)에 걸쳐 골고루 균등하게 분배될 수 있도록 한다. 역세척수가 균일하게 분배되지 않으면, 여과할 때에 세척된 부분으로만 유입수가 통과하게 되며 그 부분에서만 여과속도가 빠르게 되고, 반대로 세척이 불충분한 부분에서는 여과층의 부분적인 폐색이 발생할 수 있다.

역세척수가 분사되어 여과층부(40)를 역세척하도록 여과층부(40)에서 다공성 여재(44)가 역세척수와 함께 부유되면서 유동되게 한다. 역세척수 혹은 역세척수/공기의 분사를 통해 다공성 여재 상호 간의 충돌과 마찰 혹은 수류의 전단력으로 다공성 여재에 붙어 있던 탁질들을 탈리하여 분리하는 단계를 동시에 유발하게 된다.

참고로, 역세척수는 본 발명의 고속 여과처리장치를 월류하지 않도록 역세척수의 공급량을 한정하는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하기로 역세척수의 공급량은 배출관(13)보다 높고 고속 여과처리장치보다 낮게 수위조절하여 공급한다.

그런 다음에, 역세척수의 공급을 차단하여 유동하던 다공성 여재(44)가 굵은 모래층 상으로 침전되는 안정화과정을 거치면서 굵은 모래층(43) 위로 안착될 수 있게 한다(S700). 다공성 여재(44)는 탁질에 비해서 무거워 탁질보다 더욱 빠르게 굵은 모래층(43)에 안착된다.

다공성 여재(44)가 충분히 안착된 다음에, 다공성 여재 상으로부터 분리된 탁질을 조속하게 배출시키는 단계(S800)를 실행해야 한다. 고속 여과처리장치에 구비된 배출관(13)은 개방하여 이를 통해 세척수와 함께 탁질을 외부로 반출시킬 수 있게 한다. 참고로, 작업자는 배출관(13)을 통해서 다공성 여재가 외부로 배출되지 않도록 주의해야 한다.

세척수와 탁질이 배출된 후에, 배출관(13)은 폐쇄되고 유입수가 고속 여과처리장치로 재공급되도록 한다.

더욱 바람직하기로, 다공성 여재 상에서 탁질이 효과적으로 박리되지 않는 경우에는 단계(S600) 내지 단계(S800)를 반복적으로 수행하여, 여과효율을 극대화시킨 후에 유입수 공급(S100)을 재개할 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 역세척 방법에 따라 고속 여과처리장치의 운전공정을 따라 도시한 개략도이다.

즉, 도 6a는 역세척 방법의 단계(S100,S200)에 따른 여과과정을 실행중인 고속 여과처리장치를 도시한 것이다. 도 6b는 단계(S400,S500)에 따라 고속 여과처리장치의 내부를 비우는 과정을 실행하고 있는 고속 여과처리장치를 도시한 것이다. 도 6c는 단계(S600)에 대응하는 것으로 역세척 공정을 실행중인 고속 여과처리장치를 도시한 것이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 역세설비(20)로 공급될 역세척수(및 공기)가 여과층부를 향해 균등하게 분사되면, 역세척수가 고속 여과처리장치를 채우면서 다공성 여재(44)를 떠오르게 한다. 이와 같이 다공성 여재(44)가 부상되면서 앞서 기술된 바와 같이 다공성 여재 상에 포획 또는 퇴적되어 있던 탁질들이 박리되는 것을 특징으로 한다. 도 6d는 단계(S700,S800)에 따라 역세척수로 떠올라 있던 다공성 여재가 가라앉으면 탁질과 세척수를 배출하는 고속 여과처리장치를 도시한 것이다. 도 6를 참조로 기술된 역세척 방법을 구체적으로 본 발명에 따른 고속 여과처리장치에 적용하여 도시한 것으로, 이해를 돕기 위해서 배관(11,12,13)을 통해 안내되는 유입수 및/또는 처리수의 흐름을 식별할 수 있도록 배관을 따라 유량이 흐를 경우에는 배관을 검은색으로 채색한다. 유량의 흐름이 없는 배관은 채색하지 않는다. 또한, 고속 여과처리장치 내부를 채우는 유입수 혹은 처리수는 별도로 채색되지 않아 그 내부의 구조를 더욱 명료하게 도시하도록 한다.

또한, 본 발명은 전술된 상세한 설명과 첨부도면에 국한되지 않고 다음의 청구범위의 범주와 범위 내에서 변경가능함을 미리 밝혀둔다.

Claims (14)

1. 하우징과;

   상기 하우징 내로 유입수를 공급하는 유입관(11);

   상기 하우징의 바닥면에서 소정의 거리만큼 이격되게 배치된 여과층부(40);

   상기 여과층부(40)를 통과한 처리수를 상기 하우징 밖으로 내보내도록 상기 여과층부(40) 아래에 구비된 유출관(12);

   상기 하우징의 바닥면과 상기 여과층부(40) 사이에 배치되어 역세척수를 상방향으로 공급하는 역세설비(20); 및

   상기 여과층부(40)의 상부에 상기 역세척수와 오염물질을 배출하도록 된 배출관(13)을 포함하여 이루어진 여과처리장치에 있어서,

   상기 여과층부에 다공성 여재(44)가 구비되어 있고,

   상기 유입수가 위에서 아래로 내려가는 하향류로 상기 여과층부(40)를 관통하여 여과처리되도록 설계되어 있고,

   상기 다공성 여재(44)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 발포제를 포함한 혼합물을 고온으로 가열하고 이를 냉각시켜 분쇄한 입자로 되어 있으며, 이 입자는 입경이 3mm 이하이며, 건조시 용적밀도 0.4~1.2g/㎤, 수분포화시 용적밀도 1.2~2.0g/㎤으로 되어 있고,

   역세척시 상기 역세척수는 상기 배출관(13)보다 높고 고속 여과처리장치(1)의 하우징 상부보다 낮게 수위 조절하여 상기 하우징을 넘치지 않게 공급하도록 되어 있고,

   상기 배출관(13)은 상기 하우징의 상부와 상기 여과층부 사이의 중간지점 보다 아래에 위치되어 있으며,

   상기 다공성 여재(44)는 역세척수의 공급으로 오염물질과 함께 부상하였다가 상기 다공성 여재(44)가 침전되고 난 후, 역세척수와 오염물질이 상기 배출관(13)을 통해 배출되어 역세척이 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는, 다공성 여재를 이용한 고속 여과처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 고속 여과처리장치(1)의 하우징에 하나 이상의 유입수수위 또는 처리수의 배출을 감지하는 감지기(50)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 여과처리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 여과층부(40)는 상기 고속 여과처리장치(1)를 가로질러 배열된 지지대(41)와, 이 지지대(41) 상에 배치된 하나 이상의 와이어 메쉬(42) 또는 다공판, 상기 와이어 메쉬를 통과하지 않는 굵은 모래층(43), 및 다공성 여재(44)로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 고속 여과처리장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 다공성 여재(44)는 건조시 용적밀도 0.4~0.6g/㎤, 수분포화시 용적밀도 1.3~1.8g/㎤으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 고속 여과처리장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 하우징에 교반기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 여과처리장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 배출관(13)은 스크린을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 여과처리장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 배출관(13)의 입구는 개폐수단(60,60')을 구비하여, 역세척수의 배출을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 고속 여과처리장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 개폐수단(60)은 상기 하우징의 측벽면에 배출관(13) 입구 둘레를 에워싸는 프레임(62)과 상기 프레임(62) 상에서 힌지부(63)로 연결된 디스크(61) 및 상기 디스크(61)의 회동을 돕는 구동수단으로 이루어진 힌지식 수문 형태로 되어 있는 고속 여과처리장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 개폐수단(60')은 상기 하우징의 측벽면에 배출관(13)을 개폐할 수 있게 승·하강하는 디스크(61')과 상기 디스크(61')의 승·하강을 돕는 승강장치(M)로 이루어진 승강식 수문 형태로 되어 있는 고속 여과처리장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 하우징 내로 응집제를 투입하기 위해 약품투입기(18)를 구비하고,

    상기 하우징 내부으로 유입된 유입수를 유동시켜 여과층의 표면이 교란되어 퇴적물의 침강속도를 지연시켜 여과손실이 일어나는 것을 방지하면서 상기 하우징으로 유입되는 유입수와 상기 약품투입기(18)에 의해 공급되는 응집제를 혼합하여 협잡물의 응집을 돕도록 되어 있는 회전 교반기를 구비하여, 응집과 여과공정을 단일 반응조 내에서 동시에 실행할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 고속 여과처리장치.
11. 하우징과; 상기 하우징 내로 유입수를 공급하는 유입관(11)과; 상기 하우징의 바닥면에서 소정의 거리만큼 이격되고 다공성 여재(44)를 구비한 여과층부(40); 상기 유입수가 상기 여과층부(40)를 통과하여 여과된 처리수를 외부로 내보내기 위해 상기 하우징 하부에 위치된 유출관(12); 상기 여과층부(40) 아래에 위치되어 역세척수를 상방으로 공급하는 역세설비(20); 및 상기 하우징의 상부와 상기 여과층부 사이 측벽면 상에서 외부로 뻗어 세척수를 배출하는 배출관(13);을 구비한 하향류식 고속 여과처리장치(1)를 역세척하는 방법으로서,

    상기 유입수 공급을 차단하는 단계(S400)와;

    상기 하우징 내부의 물을 상기 유출관(12)을 통해 배출하는 단계(S500);

    상기 배출관(13)보다 높고 상기 고속 여과처리장치(1)의 하우징을 월류하지 않게 수위 조절하면서 상기 역세척수를 공급하고, 상기 다공성 여재(44)는 물의 밀도보다 크고 모래의 밀도보다 작게 하여 상기 역세척수에 의해 다공성 여재(44)를 부상시켜 유동화하는 단계(S600);

    상기 역세척수의 공급을 차단하고 상기 다공성 여재(44)를 침전시켜 안정화하는 단계(S700);

    상기 세척수를 배출하되, 상기 배출관(13)을 상기 하우징의 상부와 여과층부 사이의 중간지점 보다 아래에 위치되도록 하여 세척수가 하우징을 월류하지 않으면서 상기 배출관을 통해 배출되도록 하는 단계(S800); 및

    상기 배출관(13)을 통해 배출된 세척수를 배출수 저류조로 반출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 여재를 이용한 고속 여과처리장치의 역세척 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 유입수가 상기 고속 여과처리장치로 유입되기 전에, 응집제를 상기 유입수에 혼화시켜 플럭을 형성하는 단계(S900)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 여과처리장치의 역세척 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 유입수를 여과처리하는 도중에, 상기 고속 여과처리장치는 감지기(50)를 구비하여, 그 내부에 수량 상태를 감지하는 단계(S300)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 여과처리장치의 역세척 방법.
14. 제11항에 있어서, 추가로 상기 단계(S600) 내지 단계(S800)를 반복적으로 실행하는 것을 특징으로 하는 고속 여과처리장치의 역세척 방법.

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