WO2021246626A1 - 서로 상이한 크기의 여재를 포함한 오·폐수 여과장치 및 방법 - Google Patents

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WO2021246626A1
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이천우
윤용준
김종구
이병석
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for stably and effectively filtering contaminants in sewage and wastewater including filter media of different sizes.
  • the frequency and intensity of rainfall are changing due to climate change due to global warming. Since the pollution load caused by rainfall is continuously increasing, it is necessary to properly treat the initial rainwater generated during rainfall.
  • the initial rainwater has a large flow rate compared to general sewage, but relatively low pollutants, and the concentration of pollutants changes with time.
  • the flow rate is small but high concentration TBOD and TSS flows in at the beginning of the rainfall, and the flow rate increases with time, and the BOD and TSS concentration decreases due to the dilution effect according to the increase in the flow rate.
  • the initial rainfall occurs irregularly and intermittently, it is known that it is a cause of deterioration of the water quality of the discharging water system because the contaminants accumulated on the conduit and road are discharged at once.
  • a precipitation or filtration process exists as a technique for treating the initial rainwater. It is known that the precipitation process can remove solid matter (TSS) in a short time by increasing the settling rate through injection of a coagulant and a weighted coagulant. However, it is known that it is very difficult to maintain proper coagulation conditions in the actual field because the flow rate and water quality of the initial rainwater change rapidly with time. Although the filtration process can effectively remove solids even when the flow rate fluctuates greatly, there is a disadvantage in that the backwash cycle for discharging the solids trapped in the filter media increases when the solids load increases. In particular, in the case of filtration technology using a single filter medium, the filter duration is shortened because solids are concentrated in the filter medium located on the inlet side.
  • the precipitation and filtration process is a physical treatment process that can effectively remove solids, but it is difficult to remove contaminants dissolved in wastewater such as SBOD (Soluble BOD).
  • a Biological Aerated Filter (BAF) process is an alternative.
  • BAF Biological Aerated Filter
  • An embodiment of the present invention aims to provide a sewage and wastewater filtration device and method capable of stable and efficient operation by minimizing the occurrence of head loss while simultaneously removing organics and solids in high-flow sewage and wastewater.
  • the distribution tank which distributes the incoming sewage and wastewater vertically upward, or receives washing water from vertically upward and discharges to the outside, and a smaller specific gravity than the water
  • the wastewater is distributed vertically upward from the distribution tank, it rises to filter the solids and organic substances in the sewage and wastewater, and when the washing water flows in from the vertical upward direction, it descends and separates the adhering solids and organic substances; and
  • It provides a sewage and wastewater filtration device comprising a treatment water tank that receives the treated water from which solids and organics are filtered through the filter medium and discharges it to the outside, or discharges the washing water flowing in from the outside to the filter medium.
  • one or more wastewater filtering devices are disposed at one end of the treatment water tank, and include a plurality of outlets smaller than the filter media to receive or discharge wastewater or washing water. characterized by including.
  • the filter media includes at least two types of media having different sizes.
  • the relatively large size of the filter medium receives a greater buoyancy than the relatively small size of the filter medium by the sewage and wastewater distributed vertically upward by the distribution tank.
  • a distribution process of distributing the incoming sewage and wastewater vertically upward and a method for filtering solids in the distributed sewage and wastewater 1 filtration process and the second filtration process of filtering fine solids and organic matter in the sewage and wastewater where solids are filtered, the discharge process of storing or discharging the treated water filtered by each component to the outside, and the spraying process of spraying the washing water vertically downward It provides a sewage and wastewater filtration method comprising a.
  • the first filtration process and the second filtration process are characterized in that it is performed by a filter medium.
  • the filter media includes at least two types of media having different sizes.
  • the relatively large size of the filter medium receives a greater buoyancy than the relatively small size of the filter medium by the sewage and wastewater distributed vertically upward by the distribution tank, so that the relatively small size It is characterized in that the first filtration process is performed by a filter medium and the second filtration process is performed by a relatively large filter medium.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wastewater filtration device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a sewage and wastewater filtering device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a filter medium according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a state in which sewage and wastewater are introduced into the sewage and wastewater filtering device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which backwash water is introduced into the sewage and wastewater filtering device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the solid material removal rate of the wastewater filtration device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the TBOD of the sewage and wastewater filtering device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the SBOD of the sewage and wastewater filtering device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a filtration method of a wastewater filtration device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view and a bottom view of a strainer block and a nozzle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a strainer block according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view of the diffuser according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view of a diffuser according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a main or branch pipe according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a view showing the drag force applied to the conventional diffuser and the diffuser according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a view illustrating the size of a conventional diffuser and a diffuser according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
  • each configuration, process, process or method included in each embodiment of the present invention may be shared within a range that does not technically contradict each other.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wastewater filtration device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a wastewater filtration device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an embodiment of the present invention It is a diagram showing the filter media according to the following.
  • the sewage and wastewater filtering device 100 includes an inflow water tank 110, a distribution water tank 120, filter media 134 and 138, and air diffusers 140a and 140b. , including a treatment water tank 150 , a strainer block 210 , a nozzle 220 , and a control unit (not shown).
  • the sewage and wastewater filtration device 100 performs an up-flow biological filtration process including a floating filter.
  • the wastewater filtration device 100 performs both physical filtration by the flotation media and biological treatment by microorganisms proliferating in the flotation media layer.
  • the inflow water tank 110 receives sewage and wastewater to be treated from the outside.
  • the inflow tank 110 receives sewage and wastewater from the outside, and delivers the sewage and wastewater introduced through the inflow pipe 118 to the distribution tank 120 .
  • One or more inflow water tanks 110 may be provided according to the amount of treatment.
  • the distribution tank 120 distributes the sewage and wastewater flowing in through the inflow tank 110 vertically upward, or receives washing water from the vertically upward direction and discharges it to the outside.
  • Sewage and wastewater passing through the inlet pipe 118 is introduced into the distribution tank 120 .
  • the distribution tank 120 receives the sewage and wastewater and distributes the sewage and wastewater vertically upward (the direction in which the filter media 134 and 138 exist).
  • the distribution tank 120 may arbitrarily spray the sewage and wastewater vertically upward, but to improve the filtration efficiency, it distributes it vertically upwardly and discharges it.
  • the distribution water tank 120 opens the inlet valve 129 to allow the sewage and wastewater to flow in, and the discharge valve 126 closes to close the inflow of sewage and wastewater. Ensure that wastewater is not discharged to the outside.
  • the distribution water tank 120 receives the washing water from vertically above and discharges it to the outside.
  • (reverse) washing of the filter media 134 and 138 must be performed. This washing proceeds as the washing water is discharged from the treatment water tank 150 to the filter media 134 and 138 through the nozzle 220 .
  • the distribution water tank 120 closes the inlet valve 129 and opens the outlet valve 126 so that the introduced washing water is discharged to the outside.
  • the filter media 134 and 138 physically remove solids from the incoming sewage and wastewater and, at the same time, biologically remove organic matter as well.
  • the filter media (134, 138) has a smaller specific gravity than water, and rises together with the sewage/wastewater when the sewage/wastewater flows in.
  • the filter media 134 and 138 rise together to the height at which the strainer block 210 is located, and cannot rise further by the strainer block 210, and separate layers according to the size and start to be clustered.
  • the dense media (134, 138) removes solids or organic matter depending on the size.
  • the filter media 134 and 138 are foreign substances accumulated during the filtration process by the washing water according to their size. wash them
  • the wastewater filtering device 100 includes at least two types of filter media 134 and 138 having different sizes (volumes).
  • each filter medium is buoyant by the sewage/wastewater.
  • the filter media having different sizes receive different buoyancy forces by the sewage and wastewater as shown in the following formula.
  • B is the buoyancy force
  • p is the density of the fluid
  • V is the volume of an object submerged in the fluid
  • g is the gravitational acceleration.
  • the small size of the filter medium has a relatively large volume expansion rate by the washing water because the upward velocity due to the buoyancy is small.
  • a large-sized filter medium has a relatively small volume expansion rate by washing water because the upward velocity due to buoyancy is large.
  • the layers in which the filter media are present are naturally divided according to their sizes by the inflow of sewage/waste water or washing water.
  • the phenomenon in which the layers of the filter media are reversed does not occur due to the above-described reason.
  • the filter medium 134 having a relatively small size is disposed at the (relatively) lower end of the reaction tank 130 at a relatively small amount of buoyancy acting as the filter medium 134 .
  • the diameter of the filter media 134 may be 3 to 8 mm, and the filter media 134 may be disposed as high as 0.5 to 2.0 m.
  • the filter media 134 having a relatively small diameter makes fine pores to remove solids in the sewage and wastewater.
  • the filter medium 134 exhibits a relatively large volume expansion rate due to a relatively small amount of buoyancy.
  • the filter medium 134 may expand by 50% to 100% of the volume at the time of inflow of washing water, less than the volume at the time of inflow of wastewater.
  • the filter medium 134 expands relatively much in volume, so the solids filtered by the filter medium are efficiently desorbed and discharged together with the washing water.
  • the filter medium 138 having a relatively large size is disposed at the (relatively) upper end of the reaction tank 130 because the amount of buoyancy acting as the filter medium 138 is relatively large.
  • the diameter of the filter media 138 may be 4 to 10 mm, and the filter media 138 may be disposed as high as 2.0 to 3.5 m. Since the filter medium 138 has a relatively large size, it has a relatively large number of pores compared to the filter medium 134 . Accordingly, aerobic microorganisms for decomposing organic matter in sewage and wastewater are attached to the surface of the filter medium 138, so that it can grow smoothly.
  • the filter medium 138 uses aerobic microorganisms grown on the surface to remove relatively small-sized solids and dissolved organic matter that are not removed even by the filter medium 134 from the sewage and wastewater.
  • the filter medium 138 desorbs the microbial film (formed on the surface) from which the solids and organics are removed by using the washing air and the shear force of the washing water.
  • the desorbed microorganisms are discharged together with the washing water and washing air.
  • the air diffuser (140a, 140b) supplies cleaning air for the growth of microorganisms or cleaning the media (134, 138).
  • the air diffuser 140a is disposed in the reaction tank 130 to supply oxygen to the filter medium 138 .
  • the diffuser 140a may be disposed at a position where the filter medium 138 rises and forms a layer in the reaction tank 130 by the inflow of sewage and wastewater, and mainly supplies oxygen to the filter medium 138 .
  • the diffuser 140a may be disposed at a position where a drag force is applied by sewage and wastewater, washing water, or elevating and descending media in the reaction tank 130 .
  • the air diffuser 140a supplies electron acceptors necessary for aerobic microorganisms to oxidize organic matter.
  • the diffuser 140a may supply oxygen as an electron acceptor by supplying air, but may also supply pure oxygen in some cases. According to the oxygen supply of the air diffuser 140a, the filter medium 138 may remove small-sized solids and dissolved organic matter that the filter medium 134 could not remove using aerobic microorganisms.
  • the air diffuser 140b is disposed at an arbitrary position in the reaction tank 130 to supply cleaning air for cleaning the filter media 134 and 138 .
  • the solids or organic matter growing or adhering to the filter media 134 and 138 may be washed with the washing water, but in order to improve the washing efficiency, the air diffuser 140b may supply washing air together.
  • the treatment water tank 150 receives the treated water passing through the filter media 134 and 138 and discharges it to the outside, or receives the washing water from the outside and discharges it to the filter media 134 and 138 .
  • the treated water from which contaminants (solid matter and organic matter) are filtered by the filter media 134 and 138 passes through the nozzle 220 or the strainer block 210 and the nozzle 220 and flows into the treatment water tank 150 .
  • the treated water tank 150 may discharge the introduced treated water to a treatment water tank of another wastewater/wastewater filtering device so that it can be used as washing water in other wastewater filtration devices.
  • the treated water tank 150 may discharge the treated water or discharge it to another separate treatment device.
  • the treatment water tank 150 receives washing water from the outside.
  • the incoming washing water may be treated water filtered by another wastewater filtration device.
  • the strainer block 210 spatially separates the reaction tank 130 and the treatment water tank 150 .
  • nozzles 220 may be disposed at preset intervals. Similarly to the nozzle 220, a fluid, such as air or liquid, passes, but the filter medium 138 does not pass through micro-sized holes are formed. Accordingly, the nozzle 220 introduces the treated water (oxygen) into the treatment water tank, and sprays the washing water into the reaction tank 130 . In particular, the nozzle 220 allows the washing water to be sprayed at a speed greater than or equal to a preset reference value, so that solids or organic substances growing or adhering to the filter media 134 and 138 can be smoothly washed.
  • a fluid such as air or liquid
  • the strainer block 210 is implemented with a material having a hydrophilic surface, such as concrete.
  • the filter medium 138 has an adhesive force due to the microorganisms and mucus that have grown on the surface of the filter medium until it is washed with washing water. Accordingly, the filter media 138 may float due to the inflow of sewage and wastewater and may be adhered to the strainer block 210 . However, when the filter material 138 is adhered to the strainer block 210 , since it causes problems such as clogging, the adhesion of the filter material 138 to the strainer block 210 should be prevented.
  • the nozzle 220 is densely arranged in the strainer block 210, this problem can be prevented, but considering the structure or durability of the strainer block 210, the nozzle 220 is the strainer block 210 or less within a preset interval. It cannot be arranged at a narrow interval of Accordingly, there is a risk that the filter medium 138 is adhered to the gap between the nozzle 220 and the nozzle 220 .
  • the strainer block 210 includes the concavo-convex portion 230 in the space between the nozzle 220 and the nozzle 220 . The uneven portion 230 will be described later with reference to FIGS. 10 and 11 .
  • the control unit (not shown) controls the inflow of sewage and wastewater into the inflow water tank 110 , the inflow of washing water into the treatment water tank 150 , and the inflow of oxygen into the aeration pipe 140 .
  • the control unit (not shown) controls the discharge valve 126 and the inlet valve 129 to control the inflow of wastewater into the inflow water tank 110 or the discharge of washing water.
  • a control unit controls the inflow and injection of washing water into the treatment water tank 150 .
  • Sewage and wastewater are introduced into the reaction tank 130 by solids or organic substances that grow or adhere to the filter media 134 and 138, and a head loss occurs.
  • the control unit measures the inflow pressure of sewage and wastewater from a pressure gauge (not shown) disposed in the reaction tank 130 to determine whether it falls to a preset reference value. If the inflow pressure of sewage and wastewater has fallen to a preset reference value, it means that the amount of solids or organic matter that has grown or adhered to the filter media 134 and 138 has increased excessively, so it is the time when washing is necessary.
  • control unit closes the inlet valve 129 to block the inflow of sewage and wastewater, and opens the discharge valve 126 to treat washing water (pre-treated treated water or other sewage/wastewater filtering device). water) is introduced and discharged, and the nozzle 220 is controlled to spray the washing water.
  • the control unit (not shown) opens the oxygen supply valve 145a and the cleaning air supply valve 145b so that the air diffuser 140a supplies oxygen to the filter medium 138 in the process of filtering according to the inflow of sewage and wastewater. ) is closed. Conversely, the control unit (not shown) opens the washing air supply valve 145b so that the aeration pipe 140b supplies the washing air to the reaction tank 130 in the process of washing the filter media 134 and 138, and the oxygen supply valve ( 145a) is closed.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a state in which sewage and wastewater are introduced into the sewage and wastewater filtering device according to an embodiment of the present invention.
  • Sewage and wastewater introduced into the inflow water tank 110 are distributed in a vertical direction where the filter media 134 and 138 are located by the distribution water tank 120 . Accordingly, the filter media 134 and 138 are raised by the buoyancy force, and the filter media 138 receiving a relatively greater buoyancy is arranged in a relatively upper portion, and the filter media 134 is relatively arranged in a lower portion. Relatively large solids in the sewage and wastewater are filtered through the filter medium 134, and relatively small solids and organic matter in the sewage and wastewater are filtered by the microorganisms growing on the surface of the filter medium 138 through the filter medium 138. do. The treated water from which the contaminants are filtered passes through the strainer block 210 and the nozzle 220 and flows into the treatment water tank 150 . The introduced treatment water tank 150 is used as washing water of its own or other devices, or discharged to the outside.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which backwash water is introduced into the sewage and wastewater filtering device according to an embodiment of the present invention.
  • washing is performed. Washing water is sprayed from the treatment water tank 150 through the nozzle 220 to the reaction tank 130 . At this time, the cleaning air may be discharged together from the air diffuser (140b). For smooth cleaning of the media, washing water may be sprayed at a speed of 60 to 120 m/hr, and washing air may be supplied at a speed of 10 to 40 m/hr.
  • the filter media 134 and 138 are desorbed and introduced into the separation water tank 120 together with the washing water.
  • the introduced washing water is discharged to the outside through the discharge valve 126 .
  • the solid material desorbed from the filter medium 134 may have a density heavier than water and a significantly smaller size. Accordingly, the solid does not float in the washing water, so it can stay in the detached position without moving with the washing water.
  • the process of washing the filter medium using washing water and washing air may be repeated a plurality of times.
  • FIG. 6 is a graph showing the solid material removal rate of the wastewater filtration device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a graph showing the TBOD of the wastewater filtration device according to an embodiment of the present invention
  • 8 is a graph showing the SBOD of the sewage and wastewater filtering device according to an embodiment of the present invention.
  • the experimental environment is as follows.
  • the reactor 130 has a diameter of 1.2 m, and the filter media 134 is disposed to a depth of 1.0 m and the filter media 138 to a depth of 2.0 m. Also, the height of the device was 5.5 m.
  • the wastewater was introduced into the apparatus 100 and stayed for 15 to 30 minutes, and the washing air was supplied at 5.0 scfm, and the oxygen was supplied at a concentration of 5.0 to 8.0 mg/L.
  • the sewage/wastewater filtering device 100 removed 84% or more of the solids in the introduced sewage/wastewater.
  • the sewage/wastewater filtering device 100 reduced the BOD of the introduced sewage/wastewater by more than 81%.
  • wastewater maximum BOD removal rate of the filtering device 100 is was shown to 55.7kgBOD / m 3 ⁇ d, the value is weaker than the BOD removal rate 5.5kgBOD / m 3 ⁇ d appearing in the prior art filtering device It was found to be about 10 times higher. It was confirmed that the wastewater filtration device 100 can efficiently remove organic matter in a short time.
  • the wastewater filtering device 100 stably removes about 74% or more of dissolved organic matter biologically.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a filtration method of a wastewater filtration device according to an embodiment of the present invention.
  • the distribution tank 120 distributes the introduced sewage and wastewater upward (S910).
  • the filter medium 134 filters the solids in the sewage and wastewater upward (S920)
  • the filter medium 138 removes fine solids and organic matter in the sewage and wastewater from which the solids have been filtered (S930).
  • the treated water tank 150 stores the filtered water of each component or discharges it to the outside (S940).
  • the treatment water tank 150 sprays the backwashing water downward (S950).
  • the distribution water tank 120 discharges the backwashing water that has passed through the filter media 134 and 138 to the outside (S960).
  • FIG. 10 is a cross-sectional view and a bottom view of a strainer block and a nozzle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a strainer block according to various embodiments of the present invention.
  • the concave-convex portion 230 is a portion protruding from the strainer block 210 between the nozzles 220 and the nozzles 220 .
  • the concave-convex portion 230 is formed in the sand section where the washing water is not sprayed by the washing water spray angle of the nozzle 220 , and physically prevents the filter media 138 from adhering to the strainer block 210 .
  • the concave-convex portion 230 protrudes to a position where the washing water can be sprayed onto its surface according to the jetting angle of the washing water of the nozzle 220, so that even if the filter media 138 is attached to its surface, it can be washed by the sprayed washing water.
  • the concave-convex portion 230 may be implemented with a material that is not easily adhered to the filter medium 138 (the degree of adhesion of the filter medium is relatively low compared to that of the strainer block). As the concavo-convex portion 230 is implemented with the above-described material, it is possible to physically prevent the filter media 138 from being adhered to the strainer block 210 as well as adhering to the concave-convex unit 230 itself.
  • the concave-convex portion 230 has a shape protruding from the strainer block 210 , it does not have a structure that spatially surrounds the nozzle 220 . Accordingly, even if the uneven portion 230 is formed in the strainer block 210 , a passage through which backwashing water can move may be formed between the nozzle 220 and the nozzle 220 or between the uneven portion 230 and the uneven portion 230 . .
  • the adhesion of the filter media 138 is minimized by the concavo-convex portion, and may be further minimized by backwashing water moving between the nozzle 220 and the nozzle 220 or between the concave-convex portion 230 and the concave-convex portion 230 .
  • the concavo-convex portion 230 may further include a protrusion 235 on the surface.
  • the protrusion 235 is formed on the surface of the concavo-convex portion 230 , the probability that the filter material 138 adheres to the concavo-convex portion 230 is significantly reduced.
  • the protrusions 235 are formed on the surface of the concave-convex portion 230 at intervals smaller than the diameter of the filter material 138 , thereby more effectively preventing the filter material 138 from adhering to the concave-convex portion 230 .
  • the filter media 138 is adhered to the uneven portion 230 by the protrusions 235 without being adhered between the protrusions 235. it is prevented
  • the protrusions may interfere with the path of backwashing water, thereby reducing the backwashing efficiency of the filter media.
  • the gap between the projections 235 is formed to be narrower than the size of the filter medium 138, thereby preventing the above-described problem.
  • the concave-convex portion 230 and the protrusion 235 are formed in a round (semicircle) shape, but the present invention is not limited thereto.
  • the concave-convex portion 230 may protrude in a triangular shape
  • the protrusion 235 may protrude in a triangular shape irrespective of the shape of the concave-convex part 230 .
  • FIG. 12 is a plan view of the diffuser according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a plan view of the diffuser according to the second embodiment of the present invention.
  • the diffuser 140 according to the first embodiment of the present invention includes first main pipes 1210 and 1215 , branch pipes 1220 and 1225 , and a second main pipe 1230 .
  • the diffuser 140 is disposed at a position separated by a predetermined distance from the outside or the outside of the reaction tank 130 into the inside of the reaction tank 130 . It is disposed at the corresponding position, and supplies air for growth or washing of microorganisms into the reaction tank 130 .
  • An exhaust port for supplying air to the inside of the reaction tank 130 is formed in the diffuser.
  • the wastewater or washing water (hereinafter, referred to as 'water') in the reaction tank 130 temporarily or continuously flows into the outlet.
  • the water introduced into the aeration pipe later interferes with air being discharged back to the outlet, thereby preventing sufficient air for microbial growth or washing into the reaction tank 130 from being supplied, and the pressure in the aeration pipe and the pressure of the incoming air to improve
  • the aeration pipe 140 is a first main pipe (1210, 1215) into which air for supplying to the reaction tank 130 or air for facilitating the discharge of water introduced into the aeration pipe 140 is injected.
  • a second main pipe 1230 for discharging the air introduced into the first main main and the water introduced into the diffuser to the outside, and branch pipes 1220 and 1225 connecting the first main main and the second main pipe.
  • the first main pipes 1210 and 1215 introduce air for supplying to the reaction tank 130 or air for discharging the water introduced into the diffusion pipe 140 from the outside.
  • the size of the reaction tank 130 increases, the size of the diffusion pipe 140 also increases accordingly.
  • the size of the diffuser 140 increases, the amount of water introduced into the diffuser 140 also increases. Accordingly, when the amount and delivery speed of air introduced into the first main pipes 1210 and 1215 are improved, the discharge speed and efficiency of water flowing into the first main pipes 1210 and 1215 can be improved.
  • the first main pipe (1210, 1215) is branched into a plurality of air is supplied to each of the first main pipe (1210, 1215), respectively.
  • the first main pipes 1210 and 1215 may be branched in an appropriate number according to the area of the diffuser 140, and the amount of air and the delivery speed are improved according to the branched number.
  • the branch pipes 1220 and 1225 connect the first main pipes 1210 and 1215 and the second main pipes 1230, respectively.
  • Each branch pipe 1220 and 1225 may connect each of the first main pipes 1210 and 1215 and the second main pipe 1230 as a single pipe, but may have a predetermined interval and a plurality of pipes may connect both main pipes, respectively.
  • the diffuser 140 since a plurality of branch pipes 1220 and 1225 connect both pipes at a preset interval, the diffuser 140 may have a stable structure, and the water and air discharge efficiency is improved. Since the plurality of branch tubes connect both the main tubes 1210 , 1215 , and 1230 , it may have structural stability.
  • the plurality of branch pipes are disposed at regular intervals, air introduced into the first main pipes 1210 and 1215 and water discharged by the introduced air pressure may be dispersed and introduced into the second main pipe 1230 . If only one branch pipe connects the two main pipes, a considerable amount of pressure may be applied to the branch pipe or the connecting part of the main pipe to the branch pipe depending on the amount of water and air introduced. To prevent this, as a plurality of branch pipes 1220 and 1225 are formed at regular intervals, water and air may be dispersed into each branch pipe and introduced into the second main pipe.
  • the second main pipe 1230 is disposed between the first main pipes 1210 and 1215 to discharge water and air transmitted through the branch pipe to the outside.
  • the second main 1230 is disposed between the first main 1210 and 1215 .
  • a plurality of first main pipes 1210 and 1215 are branched and disposed.
  • the second main 1230 is disposed between the branched first mains.
  • the branch pipes 1220 and 1225 connect the first and second main pipes, and the lengths of the branch pipes 1220 and 1225 vary according to the arrangement of the first and second main pipes.
  • the second main pipe 1230 is disposed between the first main pipes 1210 and 1215 to minimize the length of the branch pipe.
  • the second main pipe 1230 discharges water and air introduced from each branch pipe to the outside. Unlike the first main main, only one second main 1230 is disposed. Since water and air flowing into the first main pipe (1210, 1215) are distributed and delivered by the plurality of branch pipes (1220, 1225), the water introduced into the diffuser pipe (140) flows into one main pipe (1230). can be emitted.
  • the air diffuser 140 can quickly discharge the water introduced therein.
  • FIG. 12 shows that the first main pipes 1210 and 1215 are branched into two
  • the present invention is not limited thereto.
  • the first main main 1310 , 1315 , 1320 , 1325 may be branched into four or more.
  • the second main pipe 1230 may be disposed in the middle of the first main pipes to minimize the length of the branch pipe.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a main or branch pipe according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a conventional diffuser and a drag force applied to the diffuser according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a view showing the size of the diffuser and the diffuser according to an embodiment of the present invention.
  • the main or branch pipes 1210 to 1230 include an outlet 1410 , a reinforcing support 1420 , and a support 1430 .
  • the main or branch pipes 1210 to 1230 introduce air for microbial growth, washing, or discharging of water from the outside.
  • the main or branch pipes 1210 to 1230 have a hollow therein so that air flows into the inside, and flows in one direction according to the applied pressure.
  • drag is applied to the main or branch pipes 1210 to 1230 by sewage, wastewater, washing water, or floating media that ascends or descends.
  • the drag force acting on the main or branch pipes 1210 to 1230 satisfies the following formula
  • the main or branch pipe has a circular cross-sectional area.
  • the main or branch tubes 1210 to 1230 have an elliptical, non-circular cross-sectional area to reduce the applied drag.
  • the main or branch pipes 1210 to 1230 have a relatively reduced cross-sectional area in order to minimize a drag force acting thereon from a fluid or a floating media.
  • the cross-sectional area of the main or branch pipes 1210 to 1230 has an elliptical shape, and the long axis is arranged in the vertical direction (the direction in which the fluid or floating media is raised and lowered), so that the working area of the main or branch pipes 1210 to 1230 is significantly smaller.
  • the vertical direction the direction in which the fluid or floating media is raised and lowered
  • a significant drag force acts on the conventional main or branch pipe 1510 , while the drag force reduced by half or more acts on the main or branch pipe 1210 to 1230 due to the reduction in the working area.
  • the main or branch pipes 1210 to 1230 have the above-described cross-sectional area, and thus have a relatively excellent secondary moment.
  • Moment refers to the action of a force that tries to rotate an object, and its magnitude is calculated as the product of the force (F) and the distance (r) from the axis of rotation to the line of action of the force. Since the secondary moment is proportional to the flexural strength of the pipe, the higher the secondary moment, the better the flexural strength of the pipe.
  • the conventional piping and the main or branch pipes 1210 to 1230 may have the following secondary moment values depending on the shape of the cross-sectional area.
  • the conventional pipe 1510 having a circular cross section has the following secondary moment values.
  • main or branch pipes 1210 to 1230 having an elliptical cross section, shown in FIG. 16(b), have the following secondary moment values.
  • the main or branch pipes 1210 to 1230 have a relatively large secondary moment value compared to the conventional pipe 1510 .
  • the secondary moment of the conventional pipe is 7.0 cm4
  • the secondary moment of the main or branch pipe (1210 to 1230) is 11.9 cm4, compared to the prior art. about 1.7 times improvement.
  • main or branch pipes 1210 to 1230 have an elliptical cross-sectional area, it is possible to have high bending strength (secondary moment) and at the same time lower the drag force received from the outside. Accordingly, the main or branch pipes 1210 to 1230 can prevent deformation due to buoyancy caused by the ascending and descending fluid or frictional force with the descending fluid or the ascending and descending media.
  • the reinforcing support 1420 surrounds the main or branch pipes 1210 to 1230, and the support 1430 supports the main or branch pipes 1210 to 1230 under the main or branch pipes 1210 to 1230, respectively.
  • the reinforcing support 1420 or support 1430 prevents the main or branch pipes 1210 to 1230 disposed by the buoyancy force by the ascending and descending fluid or the frictional force with the descending fluid or the ascending and descending media from deviating from the original position. do.
  • the main or branch pipes 1210 to 1230 have a reduced area, the size of the reinforcing support 1420 to be installed may be reduced. Accordingly, the amount of the reinforcing support 1420 to be installed in the entire diffuser 140 can be significantly reduced.
  • the reinforcing support 1420 and the support 1430 may be set as one set, and each set may be disposed at a preset interval. If the reinforcing support 1420 and the support 1430 are closely arranged, the main or branch pipes 1210 to 1230 can be stably supported, but the amount of the set to be installed increases, and the drag acting as the set, the main or the branch pipe increases. will increase Accordingly, the reinforcing support 1420 and the support 1430 may be disposed one at a regular interval to support the main or branch pipes 1210 to 1230 .
  • FIG. 9 is not limited to a time-series order.
  • the processes illustrated in FIG. 9 can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. That is, the computer-readable recording medium includes a storage medium such as a magnetic storage medium (eg, ROM, floppy disk, hard disk, etc.) and an optically readable medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.).
  • the computer-readable recording medium is distributed in a network-connected computer system so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.

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Abstract

서로 상이한 크기의 여재를 포함한 오·폐수 여과장치 및 방법을 개시한다. 본 실시예의 일 측면에 의하면, 고유량 오·폐수 내 유기물과 고형물을 동시에 제거하면서도 수두손실의 발생을 최소화하여 안정적이며 효율적인 운영이 가능한 오·폐수 여과장치 및 방법을 제공한다.

Description

서로 상이한 크기의 여재를 포함한 오·폐수 여과장치 및 방법
본 발명은 서로 상이한 크기의 여재를 포함하여 오·폐수 내 오염물질을 안정적이며 효과적으로 여과하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
근래 들어, 지구온난화에 따른 기후변화로 인하여 강우의 빈도 및 강도가 변화하고 있다. 강우에 의해 유발되는 오염부하가 지속적으로 증가하고 있어, 강우 시 발생되는 초기우수를 적절히 처리해야 할 필요가 있다. 초기우수는 일반적인 하수에 비해 유량은 크지만 상대적으로 오염물질이 낮으며, 시간에 따른 오염물의 농도변화가 심한 특징을 갖는다. 연구결과에 따르면, 강우초기에는 유량은 작지만 고농도의 TBOD, TSS가 유입되고, 시간이 경과하며 유량은 증가하고 유량의 증가에 따른 희석 효과로 BOD 및 TSS농도가 감소하는 것으로 알려져 있다. 초기우수는 불규칙적이고 간헐적으로 발생하지만, 관거와 노상에 적체되어 있었던 오염물질이 일시에 유출시키기 때문에 방류수계의 수질을 악화시키는 원인으로 알려져 있다.
초기우수를 처리하기 위한 기술로서 침전 또는 여과공정이 존재한다. 침전공정은 응집제 및 가중응집제 주입을 통한 침전속도를 증가시켜 짧은 시간에 고형물질(TSS)를 제거할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 초기우수는 유량 및 수질이 시간에 따라 급격하게 변화되기 때문에, 실제 현장에서 적절한 응집조건을 유지하는 것이 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 여과공정은 유량변동이 심한 경우에도 효과적으로 고형물을 제거할 수 있지만, 고형물 부하가 증가하면 여재 내에 억류된 고형물을 배출하기 위한 역세주기가 증가하는 단점이 있다. 특히, 단일여재를 사용하는 여과기술의 경우, 유입부 쪽에 위치한 여재에 집중적으로 고형물이 억류되기 때문에 여과지속시간이 짧아지는 단점을 갖는다.
침전 및 여과공정은 물리적 처리공정으로서 고형물은 효과적으로 제거할 수 있으나, SBOD(Soluble BOD)과 같이 폐수에 용존되어 있는 오염물질은 제거는 곤란하다.
따라서, 초기우수 내 고형물은 물론, SBOD와 같은 용존성 유기물까지 경제적이고 효율적으로 제거하기 위해 생물여과(BAF, Biological Aerated Filter)공정이 대안이 된다. 생물여과공정은 물리적 여과와 생물학적 반응이 동시에 이루어지기 때문에, 초기우수에서 고형물과 유기물을 효율적으로 제거할 수 있다.
종래의 생물여과공정은 침지식 여재(Sunken Media)를 사용하여 우수를 여과해왔다. 침지식여재(sunken media)를 사용하는 생물여과공정은 상ㆍ하향류 유입이 가능하다. 침지식여재를 사용하는 생물여과공정은 역세수 및 역세공기를 공급하여 역세를 수행하는데 여재를 팽창시키기 위한 대용량의 역세수 공급펌프가 필요하기 때문에 추가적인 에너지가 소비되는 단점이 있으며, 상향류의 경우 하부에 억류된 고형물도 여재팽창을 통하여 상부로 제거해야 하기 때문에, 유입수 SS농도가 높을 경우에는 유입수 내의 고형물을 제거하기 위한 별도의 전처리 공정이 반드시 필요한 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 고유량 오·폐수 내 유기물과 고형물을 동시에 제거하면서도 수두손실의 발생을 최소화하여 안정적이며 효율적인 운영이 가능한 오·폐수 여과장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 오·폐수를 처리하기 위한 여과장치에 있어서, 유입되는 오·폐수를 연직상방으로 분배하거나, 연직상방에서 세척수를 유입받아 외부로 배출하는 분배수조와 물보다 작은 비중을 구비하여 상기 분배수조로부터 오·폐수가 연직상방으로 분배되는 경우 상승하여 오·폐수 내 고형물 및 유기물을 여과하며, 세척수가 연직상방에서 유입되는 경우 하강하며 부착된 고형물 및 유기물을 분리시키는 여재 및 상기 여재를 거치며 고형물 및 유기물이 여과된 처리수를 유입받아 외부로 배출하거나, 외부로부터 유입되는 세척수를 상기 여재로 배출하는 처리수조를 포함하는 것을 특징으로 하는 오·폐수 여과장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 오·폐수 여과장치는 상기 처리수조의 일 끝단에 하나 이상 배치되며, 상기 여재보다는 작은 복수의 배출구를 포함하여 오·폐수나 세척수를 유입받거나 배출하는 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 여재는 크기가 상이한 적어도 두 종류의 여재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상대적으로 크기가 큰 여재는 상기 분배수조에 의해 연직상방으로 분배되는 오·폐수에 의해 상대적으로 크기가 작은 여재에 비해 더 큰 부력을 받는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 오·폐수 여과장치에 의해 오·폐수가 여과되는 방법에 있어서, 유입되는 오·폐수를 연직 상방으로 분배하는 분배과정과 분배된 오·폐수 내 고형물이 여과하는 제1 여과과정과 고형물이 여과된 오·폐수 내 미세 고형물 및 유기물을 여과하는 제2 여과과정과 각 성분이 여과된 처리수를 저장하거나 외부로 방류하는 방류과정 및 세척수를 연직하방으로 분사하는 분사과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 오·폐수 여과방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 여과과정 및 상기 제2 여과과정은 여재에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 여재는 크기가 상이한 적어도 두 종류의 여재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상대적으로 크기가 큰 여재는 상기 분배수조에 의해 연직상방으로 분배되는 오·폐수에 의해 상대적으로 크기가 작은 여재에 비해 더 큰 부력을 받음으로써, 상대적으로 크기가 작은 여재에 의해 제1 여과과정이 수행되며 상대적으로 크기가 큰 여재에 의해 제2 여과과정이 수행되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 고유량 오·폐수 내 유기물과 고형물을 동시에 제거할 수 있으면서도, 수두손실의 발생을 최소화하여 안정적이며 효율적으로 운영할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 여재를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치로 오·폐수가 유입되는 모습을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치로 역세수가 유입되는 모습을 도시한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 고형물질 제거율을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 TBOD를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 SBOD를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 여과방법을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레이너 블록 및 노즐의 단면도 및 저면도이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 스트레이너 블록의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 산기관의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 산기관의 평면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 주관 또는 지관의 단면도이다.
도 15는 종래의 산기관과 본 발명의 일 실시예에 따른 산기관에 가해지는 항력을 도시한 도면이다.
도 16은 종래의 산기관과 본 발명의 일 실시예에 따른 산기관의 크기를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 여재를 도시한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 오·폐수 여과장치(100)는 유입수조(110), 분배수조(120), 여재(134, 138), 산기관(140a, 140b), 처리수조(150), 스트레이너 블록(210), 노즐(220) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
오·폐수 여과장치(100)는 부상 여재를 포함하여 상향류식 생물여과공정을 수행한다. 오·폐수 여과장치(100)는 부상 여재에 의한 물리적 여과와 부상 여재층 내 증식하는 미생물에 의한 생물학적 처리를 함께 수행한다.
유입수조(110)는 외부로부터 처리되어야 할 오·폐수가 유입된다. 유입수조(110)는 외부로부터 오·폐수를 유입받으며, 유입관(118)을 거쳐 유입된 오·폐수를 분배수조(120)로 전달한다. 유입수조(110)는 처리량에 따라 하나 이상이 구비될 수 있다.
분배수조(120)는 유입수조(110)를 거쳐 유입되는 오·폐수를 연직상방으로 분배하거나, 연직상방에서 세척수를 유입받아 외부로 배출한다.
유입관(118)을 거친 오·폐수는 분배수조(120)로 유입된다. 분배수조(120)는 오·폐수를 유입받아 연직상방(여재(134, 138)가 존재하는 방향)으로 오·폐수를 분배한다. 분배수조(120)는 오·폐수를 연직상방으로 임의로 분사할 수도 있으나, 여과효율을 향상시키고자 고르게 연직상방으로 분배하여 배출한다. 오·폐수를 유입받아 연직 상방으로 분배하고자 할 때는, 분배수조(120)는 유입밸브(129)를 개방하여 오·폐수가 유입될 수 있도록 하고, 배출밸브(126)는 폐쇄하여 유입된 오·폐수가 외부로 배출되지 않도록 한다.
반대로, 분배수조(120)는 세척수를 연직상방에서 유입받아 외부로 배출한다. 일정 시간 오·폐수의 여과가 진행된 경우, 여재(134, 138)의 (역)세척이 진행되어야 한다. 이러한 세척은 세척수가 처리수조(150)로부터 여재(134, 138)로 노즐(220)을 거쳐 배출되며 진행되는데, 여재(134, 138)의 세척이 진행된 세척수는 분배수조(120)로 유입된다. 분배수조(120)는 유입밸브(129)를 폐쇄하고 배출밸브(126)를 개방하여, 유입된 세척수가 외부로 배출되도록 한다.
여재(134, 138)는 유입되는 오·폐수 내에서 물리적으로 고형물을 제거함과 동시에, 생물학적으로 유기물을 함께 제거한다.
여재(134, 138)는 물보다 작은 비중을 가져, 오·폐수의 유입시 오·폐수와 함께 상승한다. 여재(134, 138)는 스트레이너 블록(210)이 위치한 높이까지 함께 상승하며, 스트레이너 블록(210)에 의해 더 상승하지 못하며 크기에 따라 층을 분리하여 밀집되기 시작한다. 밀집된 여재(134, 138)들은 크기에 따라 고형물을 제거하거나 유기물을 제거한다. 한편, 여재(134, 138)들의 세척을 위해 세척수가 처리수조(150)에서 배출되어 반응조(130)로 유입되는 경우, 여재(134, 138)들은 크기에 따라 세척수에 의해 여과과정에서 누적된 이물질들을 세척한다.
오·폐수 여과장치(100)에는 크기(부피)가 상이한 적어도 두 종류의 여재(134, 138)가 포함된다. 반응조(130)로 분배수조(120)에서 분배된 오·폐수가 유입될 경우, 오·폐수는 연직상방으로 분배되기 때문에, 각 여재는 오·폐수에 의해 부력을 받는다. 이때, 서로 다른 크기를 갖는 여재는 하기 공식과 같이 오·폐수에 의해 서로 다른 부력을 받는다.
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여기서, B는 부력을, p는 유체의 밀도를, V는 유체에 잠긴 물체의 부피를, g는 중력가속도를 각각 의미한다. 이때, 유체의 밀도와 중력가속도는 일정하기에, 여재의 부력에 절대적인 영향을 미치는 인자는 입자의 부피이다. 이에 따라, 입자의 부피가 커질수록 부력에 보다 많은 영향을 받아 상대적으로 상단에 밀집되어 배치된다.
반대로, 반응조(130)로 세척수가 유입될 경우, 크기가 작은 여재는 부력에 의한 상향속도가 작기 때문에 세척수에 의해 상대적으로 큰 부피 팽창률을 갖는다. 반면, 크기가 큰 여재는 부력에 의한 상향속도가 크기 때문에, 세척수에 의해 상대적으로 적은 부피 팽창률을 갖는다.
전술한 내용에 따라, 반응조(130)에 크기가 상이한 여재들이 무작위로 배치된다 하더라도, 오·폐수나 세척수의 유입에 의해 자연적으로 크기에 따라 여재들이 존재하는 층이 구분된다. 또한, 서로 다른 방향으로 오·폐수와 세척수가 각각 유입된다 하더라도, 전술한 이유에 의해 여재들의 층이 역전되는 현상이 발생하지 않는다.
도 3(a)와 같이, 상대적으로 작은 크기를 갖는 여재(134)는 여재(134)로 작용하는 부력량이 상대적으로 적기에 반응조(130)의 (상대적) 하단부에 배치된다. 여재(134)의 직경은 3 내지 8mm일 수 있으며, 여재(134)는 0.5 내지 2.0m의 높이만큼 배치될 수 있다. 이처럼 상대적으로 작은 직경을 갖는 여재(134)는 미세한 공극을 만들어 오·폐수 내 고형물을 제거한다. 한편, 여재(134)로 세척수가 유입되는 경우, 여재(134)는 상대적으로 적은 부력량에 의해 상대적으로 많은 부피 팽창률을 보인다. 예를 들어, 여재(134)는 세척수 유입 시의 부피는 오·폐수 유입 시의 부피보다, 적게는 50%에서 많게는 100%까지 팽창할 수 있다. 세척수의 유입 시, 여재(134)는 상대적으로 많이 부피가 팽창되기에 여재에 의해 여과되어 있던 고형물들이 효율적으로 탈리되어 세척수와 함께 배출된다.
한편, 도 3(b)와 같이, 상대적으로 큰 크기를 갖는 여재(138)는 여재(138)로 작용하는 부력량이 상대적으로 많기에 반응조(130)의 (상대적) 상단부에 배치된다. 여재(138)의 직경은 4 내지 10mm일 수 있으며, 여재(138)는 2.0 내지 3.5m의 높이만큼 배치될 수 있다. 여재(138)는 상대적으로 큰 크기를 갖기 때문에, 여재(134)에 비해 상대적으로 많은 공극을 갖는다. 이에, 여재(138)의 표면에는 오·폐수 내 유기물을 분해하기 위한 호기성 미생물이 부착되어 원활히 성장할 수 있다. 여재(138)는 표면에 성장한 호기성 미생물을 이용하여 오·폐수 내에서 여재(134)에 의해서도 제거되지 않은 상대적으로 작은 크기의 고형물과 용존성 유기물을 제거한다. 한편, 세척수의 유입 시, 여재(138)는 고형물과 유기물을 제거한 (표면에 형성된) 미생물막을 세척공기와 세척수의 전단력을 이용하여 탈리시킨다. 탈리된 미생물들은 세척수 및 세척공기와 함께 배출된다.
산기관(140a, 140b)은 미생물의 성장 또는 여재(134, 138)의 세척을 위한 세척공기를 공급한다.
산기관(140a)은 반응조(130) 내에 배치되어, 여재(138)로 산소를 공급한다. 산기관(140a)은 오·폐수의 유입에 의해 반응조(130) 내에서 여재(138)가 상승하여 층을 이루는 위치에 배치될 수 있으며, 주로, 여재(138)로 산소를 공급한다. 또는, 산기관(140a)은 반응조(130) 내 오·폐수, 세척수 또는 승·하강하는 여재에 의해 항력이 작용하는 위치에 배치될 수 있다. 산기관(140a)은 호기성 미생물이 유기물을 산화하는데 필요한 전자수용체를 공급한다. 산기관(140a)은 공기를 공급하여 전자 수용체인 산소를 공급할 수도 있으나, 경우에 따라서는 순 산소를 공급할 수도 있다. 산기관(140a)의 산소 공급에 따라, 여재(138)는 호기성 미생물을 이용하여 여재(134)가 제거하지 못한 작은 크기의 고형물들과 용존성 유기물을 제거할 수 있다.
한편, 산기관(140b)은 반응조(130) 내 임의의 위치에 배치되어, 여재(134, 138)의 세척을 위한 세척공기를 공급한다. 여재(134, 138)에 성장하거나 부착된 고형물 또는 유기물들은 세척수에 의해 세척될 수 있으나, 세척의 효율을 향상시키기 위해 산기관(140b)은 세척공기를 함께 공급할 수 있다.
산기관(140)에 대한 설명은 도 12 내지 16을 참조하여 후술하기로 한다.
처리수조(150)는 여재(134, 138)를 거친 처리수를 유입받아 외부로 배출하거나, 외부로부터 세척수를 유입받아 여재(134, 138)로 배출한다. 여재(134, 138)에 의해 오염물질(고형물 및 유기물)이 여과된 처리수는 노즐(220) 또는 스트레이너 블록(210)과 노즐(220)을 거치며 처리수조(150)로 유입된다. 다른 오·폐수 여과장치 내에서 세척수로 사용될 수 있도록, 처리수조(150)는 유입된 처리수를 다른 오·폐수 여과장치의 처리수조로 배출할 수 있다. 또는, 처리수조(150)는 처리수를 방류하거나 다른 별도의 처리장치로 배출할 수 있다. 한편, 처리수조(150)는 외부로부터 세척수를 유입받는다. 여기서, 유입되는 세척수는 다른 오·폐수 여과장치에서 여과된 처리수일 수 있다.
스트레이너 블록(210)은 반응조(130)와 처리수조(150)를 공간적으로 분리한다.
스트레이너 블록(210) 내에는 기 설정된 간격마다 노즐(220)이 배치될 수 있다. 노즐(220)에도 마찬가지로 공기나 액체와 같은 유체는 통과시키나, 여재(138)는 통과시키지 않는 미세 크기의 구멍들이 형성된다. 이에, 노즐(220)은 처리수(산소)는 처리수조로 유입시키며, 세척수를 반응조(130)로 분사한다. 특히, 노즐(220)은 기 설정된 기준치 이상의 속도로 세척수가 분사될 수 있도록 함으로써, 여재(134, 138)에 성장하거나 부착된 고형물 또는 유기물들이 원활히 세척될 수 있도록 한다.
스트레이너 블록(210)은 콘크리트와 같은 친수성 표면을 갖는 재질로 구현된다. 여재(138)는 세척수에 의해 세척되기 전까지는 여재 표면상에 증식된 미생물과 점액물질에 의해 점착력을 갖는다. 이에, 오·폐수의 유입으로 여재(138)가 부상하며 스트레이너 블록(210)에 점착될 수 있다. 그러나 여재(138)가 스트레이너 블록(210)에 점착될 경우, 폐색과 같은 문제를 유발하기에 여재(138)의 스트레이너 블록(210)으로의 점착은 방지되어야 한다. 스트레이너 블록(210)에 노즐(220)이 빽빽하게 배치된다면 이러한 문제는 방지될 수 있으나, 스트레이너 블록(210)의 구조나 내구도 등을 고려할 때 노즐(220)이 스트레이너 블록(210) 내에 기 설정된 간격 이하의 좁은 간격으로는 배치될 수 없다. 이에, 노즐(220)과 노즐(220) 사이의 사구간에 여재(138)가 점착될 우려가 존재한다. 이를 방지하고자, 스트레이너 블록(210)은 노즐(220)과 노즐(220) 사이 공간에 요철부(230)를 포함한다. 요철부(230)는 도 10 및 11을 참조하여 후술한다.
제어부(미도시)는 유입수조(110)로의 오·폐수의 유입, 처리수조(150)로의 세척수의 유입 및 산기관(140)으로의 산소 유입을 제어한다.
제어부(미도시)는 배출밸브(126) 및 유입밸브(129)를 제어하여, 유입수조(110)로의 오·폐수의 유입이나, 세척수의 배출을 제어한다.
제어부(미도시)는 처리수조(150)로의 세척수의 유입 및 분사를 제어한다. 오·폐수는 여재(134, 138)에 성장하거나 부착된 고형물 또는 유기물들에 의해 반응조(130)로 유입되며 수두손실이 발생하게 된다. 이에, 제어부(미도시)는 반응조(130) 내에 배치된 압력계(미도시)로부터 오·폐수의 유입압력을 측정하여, 기 설정된 기준치까지 떨어지는지를 파악한다. 오·폐수의 유입압력이 기 설정된 기준치까지 떨어졌다면, 여재(134, 138)에 성장하거나 부착된 고형물 또는 유기물들의 양이 과도하게 많아졌음을 의미하기에 세척이 필요한 시기에 해당한다. 이에, 제어부(미도시)는 유입밸브(129)를 폐쇄하여 오·폐수의 유입을 차단하며, 배출밸브(126)를 개방하여 세척수(기 처리된 처리수 또는 다른 오·폐수 여과장치에서의 처리수)가 유입되어 배출되도록 제어하며, 노즐(220)이 세척수를 분사할 수 있도록 제어한다.
제어부(미도시)는 오·폐수의 유입에 따라 여과를 진행하는 과정에서는 산기관(140a)이 여재(138)에 산소를 공급하도록, 산소 공급밸브(145a)를 개방하며 세척공기 공급밸브(145b)는 폐쇄한다. 반대로, 제어부(미도시)는 여재(134, 138)를 세척하는 과정에서는 산기관(140b)이 세척공기를 반응조(130)에 공급하도록, 세척공기 공급밸브(145b)를 개방하며 산소 공급밸브(145a)는 폐쇄한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치로 오·폐수가 유입되는 모습을 도시한 모식도이다.
유입수조(110)로 유입된 오·폐수는 분배수조(120)에 의해 여재(134, 138)가 위치하는 연직방상으로 분배된다. 이에 따라, 여재(134, 138)들은 부력에 의해 상승하며, 상대적으로 더 큰 부력을 받는 여재(138)는 상대적으로 상부에, 여재(134)는 상대적으로 하부에 층을 이루어 배치된다. 여재(134)를 거치며 오·폐수 내 상대적으로 크기가 큰 고형물이 여과되고, 여재(138)를 거치며 여재(138) 표면에 성장한 미생물에 의해 오·폐수 내 상대적으로 크기가 작은 고형물과 유기물이 여과된다. 오염물질들이 여과된 처리수는 스트레이너 블록(210) 및 노즐(220)을 거치며 처리수조(150)로 유입된다. 유입된 처리수조(150)는 자신 또는 다른 장치의 세척수로 사용되거나, 외부로 배출된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치로 역세수가 유입되는 모습을 도시한 모식도이다.
한편, 여재(134, 138)에 성장하거나 부착된 고형물 또는 유기물들의 양이 증가하여 오·폐수의 유입압력이 기 설정된 기준치까지 떨어진 경우, 세척이 수행된다. 처리수조(150)로부터 노즐(220)을 거쳐 반응조(130)로 세척수가 분사된다. 이때, 산기관(140b)에서는 세척공기가 함께 배출될 수 있다. 원활한 여재의 세척을 위해 세척수는 60 내지 120m/hr의 속도로 분사될 수 있으며, 세척공기는 10 내지 40m/hr의 속도로 공급될 수 있다. 공급되는 세척수와 세척공기에 의해 여재(134, 138)에 성장하거나 부착된 고형물 또는 유기물들이 탈리되어 세척수와 함께 분리수조(120)로 유입된다. 유입된 세척수는 배출밸브(126)를 거쳐 외부로 배출된다. 이때, 여재(134)에서 탈리된 고형물은 밀도가 물보다 무겁고 크기가 상당히 작을 수 있다. 이에, 고형물이 세척수에 부상되지 않아 세척수와 함께 이동하지 않고 탈리된 위치에 머물 수 있다. 이러한 고형물들이 여재 내에 잔존하는 것을 방지하기 위해, 세척수 및 세척공기를 이용해 여재를 세척하는 공정이 복수 회 반복될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 고형물질 제거율을 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 TBOD를 도시한 그래프이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 SBOD를 도시한 그래프이다. 실험된 환경은 다음과 같다. 반응조(130)는 1.2m의 직경을 가지며, 여재(134)는 1.0m의 깊이만큼, 여재(138)는 2.0m의 깊이만큼 배치되었다. 또한, 장치의 높이는 5.5m이었다. 오·폐수가 장치(100) 내로 유입되어 체류한 시간은 15 내지 30분이었으며, 세척공기는 5.0scfm로, 산소는 5.0~8.0mg/L의 농도로 공급되었다.
도 6을 참조하면, 오·폐수 여과장치(100)는 유입된 오·폐수 내 고형물을 84% 이상 제거한 것을 확인할 수 있었다.
도 7을 참조하면, 오·폐수 여과장치(100)는 유입된 오·폐수의 BOD를 81% 이상 감소시킨 것을 확인할 수 있었다. 또한, 오·폐수 여과장치(100)의 최대 BOD 제거 속도는 55.7kgBOD/m3·d로 나타났으며, 해당 수치는 종래의 여과장치에서 나타나는 BOD 제거 속도인 5.5kgBOD/m3·d보다 약 10배 가량 높은 것을 확인할 수 있었다. 오·폐수 여과장치(100)는 짧은 시간에 효율적으로 유기물을 제거할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 8을 참조하면, 오·폐수 여과장치(100)는 안정적으로 약 74% 이상의 용존성 유기물을 생물학적으로 제거하고 있음을 확인할 수 있었다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오·폐수 여과장치의 여과방법을 도시한 순서도이다.
분배수조(120)는 유입된 오·폐수를 상향으로 분배한다(S910).
여재(134)는 상향하는 오·폐수 내 고형물을 여과한다(S920)
여재(138)는 고형물이 여과된 오·폐수 내 미세 고형물 및 유기물을 제거한다(S930).
처리수조(150)는 각 성분이 여과된 처리수를 저장하거나 외부로 방류한다(S940).
처리수조(150)는 역세수를 하향으로 분사한다(S950).
분배수조(120)는 여재(134, 138)를 거친 역세수를 외부로 배출한다(S960).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레이너 블록 및 노즐의 단면도 및 저면도이고, 도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 스트레이너 블록의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 요철부(230)는 노즐(220)과 노즐(220) 사이마다 스트레이너 블록(210)으로부터 돌출된 부분이다. 요철부(230)는 노즐(220)의 세척수 분사각도에 의해 세척수가 분사되지 않는 사구간에 형성되어, 여재(138)가 스트레이너 블록(210)에 점착되는 것을 물리적으로 방지한다. 요철부(230)는 노즐(220)의 세척수 분사각도에 따라 세척수가 자신의 표면으로 분사될 수 있는 위치까지 돌출됨으로써, 여재(138)가 자신의 표면에 부착되더라도 분사되는 세척수에 의해 세척될 수 있다. 나아가, 요철부(230)는 스트레이너 블록(210)과 달리, 여재(138)가 점착되기에 용이하지 않은(스트레이너 블록에 비해 여재가 점착되는 정도가 상대적으로 낮은) 소재로 구현될 수 있다. 요철부(230)가 전술한 소재로 구현됨에 따라, 물리적으로 여재(138)가 스트레이너 블록(210)에 점착되는 것은 물론, 요철부(230) 자신에도 점착되는 것을 미리 방지할 수 있다.
요철부(230)는 스트레이너 블록(210)으로부터 돌출된 형태를 갖기 때문에, 노즐(220)을 공간적으로 감싸는 구조를 갖지 못한다. 이에 요철부(230)가 스트레이너 블록(210)에 형성되더라도, 노즐(220)과 노즐(220) 사이나 요철부(230)와 요철부(230) 사이로 역세수가 이동할 수 있는 통로가 형성될 수 있다. 요철부에 의해 여재(138)의 점착이 최소화되며, 노즐(220)과 노즐(220) 사이나 요철부(230)와 요철부(230) 사이로 이동하는 역세수에 의해 더욱 더 최소화될 수 있다.
나아가, 요철부(230)는 표면에 돌기(235)를 더 포함할 수 있다. 요철부(230)의 표면에 돌기(235)가 형성됨에 따라, 여재(138)가 요철부(230)에 점착될 확률이 보다 현저히 감소하게 된다. 특히, 돌기(235)는 여재(138)의 직경보다 작은 간격마다 요철부(230) 표면에 형성되어, 여재(138)가 요철부(230)에 점착되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 여재(138)의 크기가 형성된 돌기(235)들 간의 간격보다 크기 때문에, 여재(138)가 돌기(235) 사이에 점착되는 일 없이 돌기(235)에 의해 요철부(230)에 점착되는 것이 방지된다. 예를 들어, 여재가 돌기 사이에 점착될 경우, 돌기가 역세수의 경로를 방해하여 여재의 역세척 효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 돌기(235)들 간의 간격은 여재(138)의 크기보다 좁게 형성되어, 전술한 문제를 방지한다.
도 10에는 요철부(230)와 돌기(235)가 모두 둥근(반원) 형태로 형성된 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 11의 (b) 내지 (d)와 같이, 요철부(230)가 삼각형태로 돌출될 수도 있고, 요철부(230)의 형상과 무관하게 돌기(235)가 삼각형태로 돌출될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 산기관의 평면도이고, 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 산기관의 평면도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 산기관(140)은 제1 주관(1210, 1215), 지관(1220, 1225) 및 제2 주관(1230)을 포함한다.
산기관(140)은 반응조(130)의 외곽 또는 외곽으로부터 반응조(130) 내부로 기 설정된 거리만큼 떨어진 위치에 배치된다. 해당 위치에 배치되어, 반응조(130) 내부로 미생물의 성장 또는 세척을 위한 공기를 공급한다.
산기관에는 반응조(130) 내부로 공기를 공급하기 위한 배출구가 형성된다. 이때, 공기의 공급이 중단될 경우, 배출구로 일시적으로 또는 지속적으로 반응조(130) 내의 오·폐수 또는 세척수(이하에서, '물'이라 칭함)가 유입된다. 산기관으로 유입된 물은 추후, 다시 배출구로 공기가 배출되는데 있어 방해를 하여, 반응조(130) 내로 미생물 성장 또는 세척을 위한 공기가 충분히 공급되지 못하도록 하고, 산기관 내의 압력 및 유입되는 공기의 압력을 향상시킨다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 산기관(140)은 반응조(130)로 공급하기 위한 공기나 산기관(140) 내부로 유입된 물의 배출을 촉진하기 위한 공기가 주입되는 제1 주관(1210, 1215), 제1 주관으로 유입된 공기와 산기관 내부로 유입된 물을 함께 외부로 배출하는 제2 주관(1230) 및 제1 주관과 제2 주관을 연결하는 지관(1220, 1225)를 포함한다.
제1 주관(1210, 1215)은 반응조(130)로 공급하기 위한 공기나 산기관(140) 내부로 유입된 물을 배출하기 위한 공기를 외부로부터 유입한다. 반응조(130)의 크기가 커지게 되면, 그에 따라 산기관(140)의 크기도 함께 커지게 된다. 산기관(140)의 크기가 커지게 되면, 산기관(140) 내로 유입되는 물의 양도 많아지게 된다. 이에, 제1 주관(1210, 1215)으로 유입되는 공기의 양과 전달속도가 향상되어야, 제1 주관(1210, 1215) 내로 유입되는 물의 배출 속도와 효율을 향상시킬 수 있다. 이에, 제1 주관(1210, 1215)은 복수 개로 분기되어, 각 제1 주관(1210, 1215)으로 각각 공기가 공급된다. 제1 주관(1210, 1215)은 산기관(140)의 면적에 따라 적절한 개수로 분기될 수 있으며, 분기되는 개수에 따라 공기의 양과 전달속도가 향상되게 된다.
지관(1220, 1225)은 각 제1 주관(1210, 1215)과 제2 주관(1230)을 연결한다. 각 지관(1220, 1225)은 각 제1 주관(1210, 1215)과 제2 주관(1230)을 하나의 관으로 연결할 수 있으나, 기 설정된 간격을 가지며 복수 개가 각각 양 주관들을 연결할 수 있다. 이처럼, 각 지관(1220, 1225)이 기 설정된 간격으로 복수 개가 양 주관들을 연결하기 때문에, 산기관(140)이 안정적인 구조를 가질 수 있으며, 물과 공기의 배출 효율을 향상시킨다. 복수 개의 지관들이 양 주관들(1210, 1215, 1230)을 연결하기 때문에 구조적으로 안정성을 가질 수 있다. 또한, 복수 개의 지관들이 일정 간격을 가지며 배치되기 때문에, 제1 주관(1210, 1215)으로 유입되는 공기와 유입된 공기압에 의해 배출되는 물이 분산되어 제2 주관(1230)으로 유입될 수 있다. 하나의 지관만이 양 주관들을 연결하고 있다면, 유입된 물과 공기량에 따라 상당한 압력이 지관 또는 주관과 지관의 연결부위로 가해질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 지관(1220, 1225)은 복수 개가 일정 간격마다 형성됨에 따라, 물과 공기가 각 지관들로 분산되어 제2 주관으로 유입될 수 있다.
제2 주관(1230)은 제1 주관(1210, 1215)의 사이에 배치되어, 지관을 거쳐 전달되는 물과 공기를 외부로 배출한다.
제2 주관(1230)은 제1 주관(1210, 1215)들 사이에 배치된다. 전술한 대로, 제1 주관(1210, 1215)은 복수 개로 분기되어 배치된다. 제2 주관(1230)은 분기되어 배치되는 제1 주관들 사이에 배치된다. 전술한 대로, 지관(1220, 1225)들은 제1 주관과 제2 주관을 연결하는데, 제1 주관 또는 제2 주관의 배치에 따라 지관(1220, 1225)의 길이가 달라진다. 지관(1220, 1225)의 길이가 길어질수록 산기관(140)의 안정성이 떨어지고, 제조나 주관들과의 연결(용접 등)에 있어 어려움이 존재하게 된다. 따라서, 제2 주관(1230)은 제1 주관(1210, 1215)들 사이에 배치되어 지관의 길이를 최소화한다.
제2 주관(1230)은 각 지관들로부터 유입되는 물과 공기를 외부로 배출한다. 제1 주관과 달리 제2 주관(1230)은 하나만이 배치된다. 제1 주관(1210, 1215)으로 유입되는 물과 공기는 복수의 지관(1220, 1225)들에 의해 분배되어 전달되기 때문에, 산기관(140) 내부로 유입된 물은 하나의 주관(1230)으로 배출될 수 있다.
이러한 구조에 의해, 산기관(140)은 내부로 유입된 물을 신속하게 배출할 수 있다.
도 12는 제1 주관(1210, 1215)이 2개로 분기된 것을 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 13과 같이, 제1 주관(1310, 1315, 1320, 1325)이 4개로 분기될 수도 있고, 그 이상으로 분기될 수도 있다. 이때, 제1 주관이 몇 개로 분기되더라도, 지관의 길이를 최소화하기 위해 제2 주관(1230)은 제1 주관들의 가운데에 배치될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 주관 또는 지관의 단면도이고, 도 15는 종래의 산기관과 본 발명의 일 실시예에 따른 산기관에 가해지는 항력을 도시한 도면이며, 도 16은 종래의 산기관과 본 발명의 일 실시예에 따른 산기관의 크기를 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 배출구(1410), 보강 지지대(1420) 및 지지대(1430)를 포함한다.
주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 외부로부터 미생물 성장, 세척 또는 물의 배출을 위한 공기를 유입한다. 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 내부에 중공을 포함하여 내부로 공기가 유입되어, 가해지는 압력에 따라 일 방향으로 흐를 수 있도록 한다.
이때, 주관 또는 지관(1210 내지 1230)으로 오·폐수 또는 세척수나 승강 또는 하강하는 부상여재에 의해 항력이 작용한다. 주관 또는 지관(1210 내지 1230)으로 작용하는 항력은 하기의 식을 만족한다
Figure PCTKR2021003601-appb-I000002
여기서, Fd는 항력을, Cd는 항력계수를, Ap는 작용면적을 ρw는 유체의 밀도를, vp는 유체의 속도를 의미한다. 통상적으로 주관 또는 지관은 원형의 단면적을 갖는다. 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 작용하는 항력을 감소시키기 위해 원형이 아닌 타원형의 단면적을 갖는다. 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 자신에 유체나 부상여재로부터 작용하는 항력을 최소화하기 위해, 상대적으로 면적이 감소한 단면적을 갖는다. 주관 또는 지관(1210 내지 1230)의 단면적이 타원형을 가지며, 장축이 수직방향(유체 또는 부상여재가 승·하강하는 방향)으로 배치됨으로써, 주관 또는 지관(1210 내지 1230)의 작용면적은 현저히 작아질 수 있다. 통상적인 원형의 단면적을 가질 때에 비해, 절반 또는 그 이상을 감소시킬 수 있다.
도 15를 참조하면, 종래의 주관 또는 지관(1510)으로는 상당한 항력이 작용하는 반면, 작용면적의 감소로 인해 주관 또는 지관(1210 내지 1230)로는 절반 또는 그 이상 감소한 항력이 작용하게 된다.
다시 도 14를 참조하면, 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 전술한 단면적을 갖기 때문에, 상대적으로 우수한 이차 모멘트를 갖는다. 모멘트는 물체를 회전시키려는 힘의 작용을 의미하며, 크기는 힘(F)과 회전축에서 힘의 작용선까지의 거리(r)의 곱으로 연산된다. 이차 모멘트는 배관의 휨 강도와 비례하기 때문에, 이차 모멘트가 높을수록 해당 배관은 우수한 휨 강도를 가질 수 있다. 종래의 배관과 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 단면적의 형상에 의해 다음과 같은 이차 모멘트값을 가질 수 있다.
도 16(a)에 도시된, 원형 단면을 갖는 종래의 배관(1510)은 다음과 같은 이차 모멘트값을 갖는다.
Figure PCTKR2021003601-appb-I000003
반면, 도 16(b)에 도시된, 타원형 단면을 갖는 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 다음과 같은 이차 모멘트 값을 갖는다.
Figure PCTKR2021003601-appb-I000004
전술한 이차 모멘트 값에서 확인할 수 있듯이, 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 종래의 배관(1510)에 비해 상대적으로 큰 이차 모멘트값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 일 예로, KS 규격의 32mm(10S) 배관을 적용해보면, 종래의 배관(원형 단면)의 이차 모멘트는 7.0cm4인 반면, 주관 또는 지관(1210 내지 1230)의 이차 모멘트는 11.9cm4로, 종래에 비해 약 1.7배 향상되었다.
다시 도 14를 참조하면, 이처럼 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 타원형의 단면적을 가짐에 따라, 높은 휨강도(이차 모멘트)를 가짐과 동시에 외부로부터 받는 항력을 낮출 수 있다. 이에, 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 승강하는 유체에 의한 부력 또는 하강하는 유체나 승·하강하는 여재와의 마찰력에 의한 변형을 방지할 수 있다.
보강 지지대(1420)는 주관 또는 지관(1210 내지 1230)를 감싸며, 지지대(1430)는 주관 또는 지관(1210 내지 1230)의 하부에서 각각 주관 또는 지관(1210 내지 1230)를 지지한다. 보강 지지대(1420) 또는 지지대(1430)는 승강하는 유체에 의한 부력 또는 하강하는 유체나 승·하강하는 여재와의 마찰력에 의해 배치된 주관 또는 지관(1210 내지 1230)이 정위치에서 이탈하는 것을 방지한다. 전술한 대로, 주관 또는 지관(1210 내지 1230)은 감소한 면적을 갖기 때문에, 설치될 보강 지지대(1420)의 크기가 감소할 수 있다. 이에, 산기관(140) 전체에 설치될 보강 지지대(1420)의 양이 상당히 감소할 수 있다.
보강 지지대(1420) 및 지지대(1430)는 양자를 하나의 세트로 하여, 각 세트가 기 설정된 간격마다 배치될 수 있다. 보강 지지대(1420) 및 지지대(1430)가 촘촘히 배치된다면 주관 또는 지관(1210 내지 1230)가 안정적으로 지지될 수는 있으나, 설치될 세트의 양이 증가하고, 세트, 주관 또는 지관으로 작용하는 항력이 증가하게 된다. 따라서, 보강 지지대(1420) 및 지지대(1430)는 일정한 간격마다 하나씩 배치되어 주관 또는 지관(1210 내지 1230)을 지지할 수 있다.
도 9에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 9는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 9에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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Claims (8)

  1. 오·폐수를 처리하기 위한 여과장치에 있어서,
    유입되는 오·폐수를 연직상방으로 분배하거나, 연직상방에서 세척수를 유입받아 외부로 배출하는 분배수조;
    물보다 작은 비중을 구비하여 상기 분배수조로부터 오·폐수가 연직상방으로 분배되는 경우 상승하여 오·폐수 내 고형물 및 유기물을 여과하며, 세척수가 연직상방에서 유입되는 경우 하강하며 부착된 고형물 및 유기물을 분리시키는 여재; 및
    상기 여재를 거치며 고형물 및 유기물이 여과된 처리수를 유입받아 외부로 배출하거나, 외부로부터 유입되는 세척수를 상기 여재로 배출하는 처리수조
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 오·폐수 여과장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리수조의 일 끝단에 하나 이상 배치되며, 상기 여재보다는 작은 복수의 배출구를 포함하여 오·폐수나 세척수를 유입받거나 배출하는 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오·폐수 여과장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 여재는,
    크기가 상이한 적어도 두 종류의 여재를 포함하는 것을 특징으로 하는 오·폐수 여과장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상대적으로 크기가 큰 여재는 상기 분배수조에 의해 연직상방으로 분배되는 오·폐수에 의해 상대적으로 크기가 작은 여재에 비해 더 큰 부력을 받는 것을 특징으로 하는 오·폐수 여과장치.
  5. 오·폐수 여과장치에 의해 오·폐수가 여과되는 방법에 있어서,
    유입되는 오·폐수를 연직 상방으로 분배하는 분배과정;
    분배된 오·폐수 내 고형물이 여과하는 제1 여과과정;
    고형물이 여과된 오·폐수 내 미세 고형물 및 유기물을 여과하는 제2 여과과정;
    각 성분이 여과된 처리수를 저장하거나 외부로 방류하는 방류과정; 및
    세척수를 연직하방으로 분사하는 분사과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 오·폐수 여과방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 여과과정 및 상기 제2 여과과정은,
    여재에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 오·폐수 여과방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 여재는,
    크기가 상이한 적어도 두 종류의 여재를 포함하는 것을 특징으로 하는 오·폐수 여과방법
  8. 제7항에 있어서,
    상대적으로 크기가 큰 여재는 상기 분배수조에 의해 연직상방으로 분배되는 오·폐수에 의해 상대적으로 크기가 작은 여재에 비해 더 큰 부력을 받음으로써, 상대적으로 크기가 작은 여재에 의해 제1 여과과정이 수행되며 상대적으로 크기가 큰 여재에 의해 제2 여과과정이 수행되는 것을 특징으로 하는 오·폐수 여과방법.
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