KR100362594B1 - 공극 제어형 여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중의 부유물질을 효과적으로 분리·제거함과 동시에 여과장치에 포획된 부유물질을 신속하게 배제할 수 있는 공극 제어형 여과장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여과조(2)내에 일정한 거리를 두고 서로 마주보는 방사상의 상부 여재걸대(23)와 하부 여재걸대(24)에 여재(21)를 장착하여 여층(21a)을 형성시키고, 상부회전축(25)에 연결된 상부핸들(28)의 회전 정도와 방향에 따라 여재(21)가 상부 여재걸대(23)와 하부 여재걸대(24)를 따라 중앙으로 모이면서 한쪽 또는 양쪽이 서로 반대 방향으로 비틀려 중심축에 위치한 다공관(22) 주위로 집중되거나 원래의 상태로 복원되도록 하여 여재(21)와 여재(21) 사이에 형성되는 공극의 크기를 필요한 만큼 조절하면서 여과조작과 세척조작을 할 수 있도록 고안하였기 때문에, 처리수의 수질과 여과속도를 임의로 조절할 수 있고, 여과저항의 증가속도를 억제하고 여과지속시간을 연장시켜 세척빈도와 세척에 소요되는 시간과 세척수 량을 줄일 수 있는 수단을 제공하는 여과장치.

Description

공극 제어형 여과장치{Pore Size Controlable Filter}

본 발명은 물속의 부유물질을 제거하는 공극 제어형 여과장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일정한 거리를 두고 서로 마주보는 방사상의 상부 여재걸대(23)와 하부 여재걸대(24)에 신축성이 좋은 여재(21)를 연결하여여층(21a)을 만들고, 회전축의 회전 방향과 회전 정도에 따라 상부 여재걸대(23)와 하부 여재걸대(24)에 걸려있는 여재(21)가 중심축에 위치한 다공관(22)에 감김과 동시에 인장력을 받아 상부 여재걸대(23)와 하부 여재걸대(24)를 따라 중앙으로 모여들도록 하여 공극의 크기를 임의로 작게 하거나 여재(21)가 원래의 상태로 복원되도록 하여 공극의 크기를 임의로 크게 하여, 여과조작과 세척조작이 용이한 여과장치를 개발하는데 있다.

일반적인 여과장치는, 도 1에서 보는 바와 같이 원수 공급관(2)과 처리수 배출관(7), 세척수 공급관(6)과 배출관(1), 여재로 채워진 여층(4)으로 구성되고, 세척을 용이하게 하기 위하여 공기 공급관(5)과 압력조절 및 공기 배출변(8)이 부착되어 있다.

이러한 여과장치의 운전은 여과공정과 세척공정으로 나누어진다. 여과공정이란 부유물질을 함유한 원수를 여과장치에 유입시켜 부유물질이 제거된 깨끗한 처리수를 배출시키는 공정으로, 원수중의 부유물질을 여과장치의 여층 내의 공극에 체분리, 침전, 관성충돌, 차단, 흡착, 응집 등의 복잡한 메카니즘으로 억류·포획시키고, 깨끗한 물만 처리수로서 배출시키는 과정이다. 여과공정을 계속하게 되면 여층 내의 공극은 점점 부유물질로 채워지고 여과저항이 증가하여 더 이상 여과공정을 계속할 수 없는 상태에 이르게 된다. 이때 깨끗한 세척수와 공기 등을 주입하여 공극에 포획된 부유물질을 배제시키기 위한 세척공정이 필요하다. 따라서 여과장치의 성능은 부유물질의 제거효율, 여과속도, 여과지속시간, 세척수 사용량, 세척빈도 및 세척시간 등에 의하여 결정된다.

여층에 충전하는 여재는 모래, 안스라사이트, 무연탄 등과 같은 무기 입상의 재질이 주로 사용되어 왔다. 이러한 여재는 쉽게 구할 수 있다는 장점과 이들에 의하여 형성되는 공극의 크기보다 작은 입자도 제거할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 그러나 이러한 여재로 형성된 여층은 부유물질을 포획할 수 있는 공간이 표층 부근에 한정되어 있기 때문에 공극의 폐색으로 인한 여과저항의 급속한 증가를 초래한다. 따라서 역세척을 자주 해주어야 하는 단점이 있다. 부유물질이 여층의 표면 부근에서 주로 포획되는 단점을 해결하기 위하여 여층을 복층 또는 다층으로 개선한 여과장치도 개발되어 있으나, 각 층에는 서로 다른 입경과 밀도를 가지는 여재가 사용되고 있으며 층별 구분이 완전하지 않기 때문에 세척공정을 반복하면 여층간의 경계가 애매해져 처음의 목적을 달성하기 어렵다. 또 입상 여재를 사용할 때에는 역세시 여재가 유실되는 문제점이 여전히 남게된다.

최근에는 여과장치의 성능을 보다 향상시키기 위하여 섬유사를 여재로 사용하고, 여과기의 하단에 섬유사를 고정시켜, 원수 공급압력으로 여재를 압착시키고, 공기와 세척수 공급압력으로 여재를 팽창시키는 여과장치가 개발(등록번호 10-0241198)되어 있으나, 이 방법은 여층이 단층이고 여재의 압착 정도가 원수 공급압력에 의하여 결정되기 때문에, 부유물질의 포획공간이 적어 여과지속시간이 짧고 세척빈도가 잦으며 유입수의 수질변동에 대처하기가 쉽지 않고 목적하는 수질과 수량을 임의로 조절하기가 어렵다. 그래서 피스톤을 이용한 가변 필터층을 갖는 영구 여과장치(공개번호 특1999-030247)가 개발되었으나, 이 방법은 여재를 피스톤에 의하여 수직 방향으로 압착하고 이완시키기 때문에 장시간 사용하면 여재의 헝컬림현상으로 세척시 여재의 이완이 불완전하게되어 완벽한 세척이 불가능하다.

또 유동 원판과 고정 원판 사이에 동심원상으로 여재를 설치하고 유동 원판을 회전시켜 여재를 압착하는 방법으로 개발된 여과장치(등록번호 특 1997-0007944)가 있으나, 이 방법은 원판 주위의 여재가 압착될 수 없는 중대한 결점이 있고, 여재가 인장력을 받지 않도록 하기 위하여 유동 원판 자체가 고정 원판 쪽으로 이동하면서 압착되도록 구성되어 있기 때문에 여과조(2) 크기에 비하여 여과단면적이 너무 작고, 여과조(2) 내외로 회전축이 이동하기 때문에 가압여과가 현실적으로 곤란하다는 점 등의 구조적 결함을 지니고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 여러 가지 단점을 보완·개선하여 여과속도와 여과지속시간을 향상시키고, 세척빈도와 세척수 사용량을 줄여 수중의 부유물질을 효과적으로 제거할 수 있는 여과장치의 개발과 더불어 전반적인 수처리 공정을 간소화하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 회전축 또는 고정축에 체결된 방사상의 여재 걸대를 여과조(2)내에서 일정한 거리를 두고 서로 마주보게 설치하고, 신축성이 좋은 여재를 양쪽의 여재 걸대에 연결하여 여층을 만들고, 회전축의 회전 방향과 회전 정도에 따라 여재 걸대에 걸려있는 여재가 중심축에 위치한 다공관에 감김과 동시에 인장력을 받아 여재 걸대를 따라 중앙으로 모여들도록 하여 공극의 크기를 임의로 작게 하여 여과하거나, 여재가 원래의 상태로 복원되도록 하여 공극의 크기를 임의로 크게 하여 역세척할 수 있는 공극제어형 여과장치이다.

특히 여재 걸대 주위의 여재도 여재 걸대를 따라 중앙으로 모을 수 있기 때문에 다공관을 중심으로 균일한 공극크기를 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라, 여층의 내부와 외부를 구분하여 여재의 길이를 달리하거나 여재의 종류를 다르게 하므로써 다공관으로부터의 거리에 따라 공극의 크기를 달리할 수도 있으며, 여과단면적을 최대로 확보할 수 있고, 여재의 이완과 압착이 반복되는 동안에 세척할 수 있기 때문에 위에서 밝힌 여러 가지 문제점을 동시에 해결할 수 있다.

또한 본 발명은 핸들을 사용하여 여재를 회전시켜 비틀어 주기 때문에 피스톤을 이용하여 여재를 압착하는 방법보다 작은 힘으로도 동일한 압착도를 유지할 수 있고, 장시간 사용하여도 여재는 항상 세척하는데 불편이 없을 정도로 이완될 수 있고, 일반적인 여과기의 여과단면적은 여과조(2)의 수직단면적으로 한정되는 반면에, 본 발명품의 여과단면적은 다공관의 표면적에 해당하기 때문에 다공관의 직경만 크게 하거나 여과조(2)의 높이만 크게 하면 여과조(2)의 단면적을 키우지 않아도 여과단면적을 임의로 증가시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 여과장치.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 1단 회전 공극제어형 여과장치(여재 압착 상태).

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 1단 회전 공극제어형 여과장치(여재 이완 상태).

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2단 회전 공극제어형 여과장치.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

도 1

(1) 세척수 배출관 (2) 원수 공급관

(3) 여과기 본체 (4) 여층

(5) 세척용 공기공급관 (6) 세척수 공급관

(7) 처리수 배출관 (8) 공기 배출변

도 2, 도 3, 도 4

(1) 원수 공급부 (11) 원수 공급관

(11a) 원수공급변 (12) 상부 세척수 배출관

(12a) 상수 세척수 배출변 (13) 상부 플랜지

(14) 안전변 (15) 여재 이탈 방지링

(2) 여과조 (21) 여재

(21a) 여층 (22) 다공관

(22a) 다공관 고정링 (23) 상부 여재걸대

(24) 하부 여재걸대 (25) 상부 회전축

(26) 상부 회전축 봉인부 (27) 상부 회전축 베어링

(28) 상부 핸들 (28a) 상부 핸들 고정핀

(29) 하부 핸들 (29a) 하부 핸들 고정핀

(3) 처리수 배출부 (31) 처리수 배출관

(31a) 처리수 배출변 (32) 세척수 공급관

(32a) 세척수 공급변 (33) 하부 플랜지

(34) 세척용 공기 공급관 (34a) 세척용 공기 공급변

(34b) 세척용 공기 토출구 (35) 하부 세척수 배출관

(35a) 하부 세척수 배출변 (36) 하부 회전축

(37) 하부 회전축 봉인부 (38) 하부 회전축 지지대

(39) 하부 회전축 베어링

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 해당하는 1단 회전 공극 제어형 여과장치다. 여과조(2)의 원주 방향으로 부터 중심으로 향하면서 원수 공급부(1), 여층(21a), 처리수 배출부(3)로 구성되어 있다. 여과조(2)의 상부플랜지(13)에는 상부 회전축(25)이 들어갈 구멍과 상부 회전축(25)과 상부플랜지(13) 사이의 틈새로 물이 누수 되는 것을 방지하기 위한 상부 회전축 봉인부(26)를 체결할 수 있는 구멍을 뚫어두고, 압력 측정과 안전변(14)을 장착할 수 있는 관을 용접해둔다. 여과조(2)의 하부플랜지(33)에는 다공관(22)을 관통시켜 용접하고, 세척용 공기 공급관(34)을 연결할 수 있는 관을 용접해둔다. 상부 회전축(25)의 한 쪽은 상부 핸들(28)과 연결되도록 하고 다른 한 쪽의 외측에는 여재(21)를 달 수 있는 상부 여재걸대(23)를 방사상으로 장착한다. 여과조(2)의 하부플랜지(33)에 용접되어 있는 다공관(22)에도 여재(21)를 걸 수 있는 하부 여재걸대(24)를 방사상으로 용접하고, 다공관(22)의 한 쪽 끝은 하부 회전축(36) 속으로 넣을 수 있도록 한다. 이때 다공관(22)의 다공부위는 양쪽의 여재 걸대 사이에만 위치하도록 한다.

상부 회전축(25)에 부착되어 있는 상부 여재걸대(23)는 상부 회전축(25)과 같은 방향으로 회전하지만 다공관(22)에 부착된 하부 여재걸대(24)는 고정되어 있기 때문에 회전하지 않는다. 따라서 상부 회전축(25)을 돌리면 상하의 여재 걸대에 걸려있는 여재(21)는 중앙에 위치한 다공관(22)에 감기면서 인장력을 받을 뿐만 아니라 여재 걸대가 방사상으로 설치되어 있기 때문에 중심으로 모여들어 여층(21a)내의 모든 위치에 있는 여재(21)와 여재(21) 사이의 공극이 작아진다. 이때 여재(21)가 다공관(22)에 충분히 감긴 다음에 인장력을 받도록 하기 위하여 여재(21)를 상하 여재걸대의 거리보다 길게 장착해야 하며, 직경이 작은 여재(21)부터 상하의 여재걸대에 끼워 넣고, 바깥쪽에 위치하는 여재(21)일수록 여유길이를 더 길게 하여 복층여과의 기능도 가능하게 해야한다. 또 여재(21)를 장착한 다음 여재(21)의 이탈을 방지하기 위하여 상하 여재걸대의 끝에 여재 이탈 방지 링(15)을 끼워둔다.

여과공정은 여층(21a)을 깨끗이 세척한 후 처리수 배출변(31a)과 원수 공급변(11a)만 열린 상태에서 상부 핸들(28)을 돌려 여재(21)를 다공관(22) 주변으로 압착시키고 상부 핸들 고정핀(28a)으로 상부 핸들(28)을 고정시켜 원수를 유입하고 여과한다. 이러한 상태에서 여과공정이 계속되면 여과장치 내의 여층(21a)에 억류된 부유물질이 증가하여 여과저항이 증가하고, 처리수의 배출속도가 감소하거나 압력이 상승하여 포획된 부유입자가 처리수로 배출하게된다. 이때 처리수의 배출속도가 설정된 값보다 작게되거나, 여과조(2)내의 압력이 설정된 값보다 높아지거나, 처리수의 수질이 목적하는 값보다 나빠지면, 여과공정을 중단하고 세척공정으로 전환한다.

세척공정은 자동 또는 수동으로 수행할 수 있으며, 우선 원수 공급변(11a)과 처리수 배출변(31a)을 닫고, 하부 세척수 배출변(35a), 세척용 공기 공급변(34a), 세척수 공급변(32a)을 차례로 열고, 나머지 모든 변을 닫은 다음, 상부 핸들 고정핀(28a)을 뽑고 상부 핸들(28)을 반대 방향으로 돌려 여재(21)가 이완되도록 하고, 계속하여 상부 핸들(28)을 양방향으로 돌려 여재(21)를 세척한다. 흐르는 물에 빨래를 하듯, 이완과 압착을 반복하면서 여층(21a) 내부에 포획된 부유물질이 탈리되고, 오탁된 세척수는 하부 세척수 배출관(35)으로 배출된다. 여층(21a)내에 포획된 부유물질이 충분히 탈리되었다고 판단되면 다시 여과공정으로 전환한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 회전축 또는 고정축에 체결된 방사상의 여재 걸대를 여과조내에 일정한 거리를 두고 서로 마주보게 설치하고, 신축성이 좋은 여재를 양쪽의 여재 걸대에 연결하여 여층을 만들고, 회전축의 회전 방향과 회전 정도에 따라 여재 걸대에 걸려있는 여재가 중심축에 위치한 다공관에 감김과 동시에 인장력을 받아 여재 걸대를 따라 중앙으로 모여들도록 하여 공극의 크기를 임의로 작게 하여 여과하거나, 여재가 원래의 상태로 복원되도록 하여 공극의 크기를 임의로 크게 하여 역세척할 수 있도록 고안되어있기 때문에, 용액속의 다양한 크기의 부유물질을 효과적으로 분리할 수 있을 뿐만 아니라 여층에 포획된 부유물질을 쉽게 탈리시켜 배제할 수 있는 특징을 지니며, 여층을 최대한으로 확보할 수 있도록 설계되어 있고, 세척빈도와 세척수 사용량을 줄일 수 있는 실용적인 여과장치로 활용할 수 있다.

Claims (3)

1. 액체 속에 존재하는 부유물질을 제거함에 있어서,

   상부 회전축(25)에 체결된 방사상의 상부 여재걸대(23)와 다공관(22) 고정축에 체결된 방사상의 하부 여재걸대(24)를 여과조(2)내에 일정한 거리를 두고 서로 마주보게 설치하고, 신축성이 좋은 여재(21)를 상·하부 여재걸대(23,24)에 연결하여 여층(21a)을 만들고, 또 상·하부 여재 걸대(23,24)는 다공관(22)에 연결하되 상부 회전축(25)의 회전에 움직이지 않도록 장착하고, 상부 회전축(25)의 회전 방향과 회전 정도에 따라 상·하부 여재걸대(23,24)에 걸려있는 여재(21)가 중심축에 위치한 다공관(22)에 감김과 동시에 인장력을 받아 상·하부 여재걸대(23,24)를 따라 중앙으로 모여들도록 하여 공극의 크기를 임의로 작게 하여 여과하거나, 여재(21)가 원래의 상태로 복원되도록 하여 공극의 크기를 임의로 크게 하여 역세척할 수 있도록 고안한 1단 회전 공극제어형 여과장치.
2. 제1항에 있어서, 상부 여재걸대(23)와 하부 여재걸대(24)가 각각의 상부 회전축(25)과 하부 회전축(36)에 체결되도록 하고, 서로 반대 방향으로 회전할 수 있도록 상부 핸들(28)과 하부 핸들(29)을 회전시키거나, 동력전달장치 및 회전방향 전환 장치로 연결하여 한 개의 핸들로도 여층(21a)을 압착하고 이완할 수 있도록 고안한 2단 회전 공극제어형 여과장치.
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 하나의 여과조(2)에 여러 개의 여층(21a)과 그에 딸린 회전축과 처리수 배출부(3)를 가지고 있는 여과장치.