KR100975410B1 - 슬러지 순환기능과 초고속 역세기능의 여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지 순환기능과 함께 역세척수 배출기능을 구비한 여과장치에 관한 것으로서, 하향류식 여과조를 매개로 하여 저농도 슬러지를 정밀하게 후처리할 수 있고, 하향류식 여과조에서 여과효율이 저하되면 역세방법을 통해 다공성 여재에서 탁질을 분리하여 최적의 상태를 유지할 수 있도록 하는 한편, 본 발명에 따른 개폐설비의 개방 또는 폐쇄를 통해 역세척수와 탁질을 외부로 배출을 제어할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 한다. 특히, 외부로 배출될 탁질로 이루어진 슬러지를 다시 여과처리할 수 있도록 재순환시키는 우회로를 구비한다.
이와 더불어서, 본 발명은 하향류식 여과조의 상류에 다공성 부상여재를 구비한 상향류식 여과조를 구비하여 고농도 슬러지를 전처리할 수 있다.

Description

슬러지 순환기능과 초고속 역세기능의 여과장치 {Filtration apparatus of sludge circulation type and backwash-water discharge type}

본 발명은 처리수 중에 존재하는 불용성 부유물질(Suspended Solid;이하 SS)와 총인(T-P)을 더욱 효율적으로 제거할 수 있는 슬러지 순환기능 뿐만 아니라 역세척 후에 발생하는 역세척수와 슬러지의 배출상태를 제어할 수 있는 배출기능을 구현할 수 있는 슬러지 순환기능을 갖추고 초고속 역세기능의 여과장치에 관한 것이다.

일반적으로 상·하수도, 폐수 및 우수에는 다양한 오염물질과 인(phosphorus)을 함유하고 있어, 이러한 하수에 의한 인 부하가 매우 높은 편이다.

종래에 사용된 수처리장치는 처리수로부터 부유물과 고형물들을 분리하기 위해서 처리수를 나선형으로 와류시켜 원심분리하거나 중력작용으로 바닥으로 떨어뜨려 분리하는 방식을 채택하고 있는 게 현실이다.

이와 같이 원심분리 혹은 중력작용으로 부유물 혹은 고형물들을 제거하였던 종래의 수처리장치는 미세한 입자로 된 고형물 또는 화학물질들을 충분히 제거하지 못한 채로 수계로 방류되어 생태계를 오염시키는 문제점을 야기하고 있어 이에 대한 개선책 강구가 필요한 시점이라고 사료된다.

이러한 부유물과 고형물 이외에도, 하수를 통해 방류수역으로 유입된 인은 영양염류로서 부영양화를 일으키는 수역에 다량의 조류 발생을 유발시켜 수서생태계에 악영향을 미치게 된다.

이러한 문제를 야기하는 오염물질과 인에 대한 용수 처리할 때에 물속의 혼탁한 탁도, 부유물 또는 인 등의 물질을 제거하기 위해 약품을 주입하여 플럭(floc) 입자를 형성하고 응집 및 여과공정으로 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.

종래에 사용된 합류식 하수의 처리는 합류식 하수도에서 하수종말처리장으로 유입되는 합류하수를 1차 침전조에서 간이침전시킨 하수종말처리장의 시설용량을 초과하는 하수는 완전 처리하지 않은 상태로 월류시켜 공공수역으로 방류하고 있는 게 현실이다.

이렇게 월류·방류되는 하수는 간이침전 과정에서 입자가 큰 고형물만이 침전제거되므로 상당량의 오염물질은 제대로 제거되지 못한 상태로 공공 수역으로 방류되어 하류 생태계를 오염시키는 문제점을 야기하고 있다.

그동안 국내 하수종말처리장은 수 차례에 걸친 방류수 수질기준 강화를 통하여 고도처리시설을 설치 운영하여 청천 시에는 하수가 적정처리 방류되고 있으나, 우천시에는 하수종말처리장의 시설용량을 초과하는 하수는 완전 처리되지 않은 상태로 월류·방류되어 하류 공공 수역의 수질오염 및 생태계에 악영향을 미치고 있어 이를 해소할 수 있는 적정한 처리기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.

또 정수처리장에서도 과다한 약품이 사용되고 있어 수처리 비용과 수질확보에 어려움이 따르는 실정이다.

또한, 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 여과처리시간에 의해 정기적으로 혹은 부정기적으로 역세척을 실시해야 하는데 적정한 역세척 주기를 산정하는 데에 상당한 어려움이 따른다.

종래의 여과처리장치 내에서 역세척이 시의적절하게 실행되지 않게 되면 여과효율이 현저하게 떨어지게 된다. 또한, 종래의 여과장치는 역세척시 역세척수를 지속적으로 공급하여 여과장치를 월류시켜 외부로 세척수와 함께 슬러지를 배출시키도록 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 발명의 목적은 점오염원 혹은 비점오염원으로부터 유출될 다양한 유형의 오염물질, 특히 SS와 T-P을 신속하면서 효과적으로 제거할 수 있는 여과장치를 구비하는 것이다.

덧붙여서, 본 발명은 여과장치에서 방출될 SS를 함유한 배출수를 다시 전처리 여과공정을 수행할 수 있게 초기 여과공정 단계로 순환시켜 배출수량을 현저하게 줄일 수 있게 설계되어 있다.

본 발명은 하향류식 여과조에서 역세척을 한 후에 다공성 여재에서 박리된 슬러지(탁질)와 세척수를 하향류식 여과조의 측벽면 상에 구비된 개폐설비와 배출관을 통과하여 외부, 여기서는 역세수 저류조로 배출하고 이 슬러지들을 다시 우회로를 매개로 하여 재순환시키는 것을 특징으로 하며, 또한 슬러지와 역세척수가 다시 여과층부 상으로 침전 혹은 접촉되기 전에 신속하게 배출시켜 다공성 여재의 공극율을 극대화시켜 처리속도를 유지할 수 있다.

특히, 본 발명은 역세척수를 하향류식 여과조 내에 일정한 수위, 구체적으로 개폐수단보다는 높고 하향류식 여과조를 월류하지 않는 정도의 수위까지만 채워도 다공성 여재를 세정할 수 있도록 되어, 종래기술에 따른 역세장치에 비해서 역세척수의 소모량이 현저하게 줄고 역세척 주기나 역세척 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.

덧붙여서, 본 발명은 하향류식 여과조에 상향류식 여과조를 선택적으로 구성할 수 있는데, 2단으로 구성된 여과조를 통해 하수를 더욱 효과적으로 여과처리할 수 있다. 특히, 상향류식 여과조는 고농도처리용 여과조로 하수를 상향류되게 유동시켜 다공성 부상여재를 통해 하수를 여과처리할 수 있는 한편, 하향류식 여과조는 저농도 정밀여과용 여과조로서 상향류식 여과조에서 처리된 처리수를 하향류되게 유동시켜 다공성 여재를 통해 처리수를 재여과처리할 수 있도록 한다.

이와 더불어서, 본 발명에 따른 하향류식 여과조를 거쳐 방출될 역세척의 배출수를 다시 상향류식 여과조의 전 단계로 순환시켜 역세척 배출수를 재처리시켜 배출수의 양을 줄이도록 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 처리수, 특히 우수, 하천수, 호소수, 하수, 폐수, 상수 내에 포함된 다양한 유형의 오염물질이 직접 수계로 유입되는 것을 방지하도록 제공된다. 즉, 상하수 처리나 오폐수 및 하천수나 오염된 호수를 정화하는 데 유용하게 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 여과장치는 응집제를 매개로 하여 하수의 오염물질을 플럭으로 형성하여 여과처리능력을 향상시킬 수 있도록 한다.

이와 더불어서, 본 발명은 후처리 공정 하류에서 SS를 함유한 역세 배출수를 전처리 공정 이전으로 순환시켜 다시 전처리와 후처리 여과공정을 수행하면서 SS를 농축시켜 역세 배출수량을 현저하게 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 여과장치는 하향류 여과조 내에서 다공성 여재를 역세척하여 여과층을 최적의 상태로 유지하여 여과효율을 극대화시킬 수 있도록 제공된다.

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

본 발명은 역세척 후에 탁질이 여과층부로 다시 침강되지 전에 조속하게 배출하고 개폐수단의 개방정도를 제어하여 배출관으로 배출될 역세척수의 유량을 조절하여 여과층부를 구성하는 다공성 여재의 유실을 방지할 수 있도록 되어 있다.

추가로, 본 발명은 하수를 2단으로 구성된 여과조를 통해, 필요에 따라 전처리와 후처리하여 더욱 효과적으로 여과처리할 수 있도록 되어 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 여과장치를 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 여과장치를 개략적으로 도시한 공정도이다.

이제, 본 발명의 다공성 여재를 이용한 여과장치는 첨부도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 도면은 설계도가 아니라 개념도이므로, 장치의 크기는 도면 작도상 작게 하거나 크게 한 것으로 실제와 일치하지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 여과장치를 개략적으로 도시한 공정도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 여과장치는 원수조(10)와, 응집제 투입부(20), 하향류식 여과조(40), 역세척후의 배출수 저류조(50), 처리수조(80), 및 우회로(70)로 구성되되, 선택가능하기로 고농도 처리를 위해 하향류식 여과조(40) 상류에, 더욱 구체적으로 원수조(10)와 하향류식 여과조(40) 사이에, 상향류식 여과조(30)를 추가로 구비할 수 있다. 본 발명의 상세한 설명에서는 상향류식 여과조(30)와 하향류식 여과조(40)를 동시에 구비한 2단 여과조를 기초로 하여 기술하고 있다. 여기서는 처리대상을 하수로 통칭하기로 한다.

원수조(10)는 펌프를 매개로 하여 후단 공정에서 처리될 하수를 공급 혹은 저장한다. 원수조(10)에 수용된 하수는 공급관(11)을 통해 전처리 공정을 실행하는 상향류식 여과조(30)로 공급된다. 상향류식 여과조(30)과 사용되지 않는 경우, 공급관(11)은 하향류식 여과조(40)에 연결된다.

하수는 원수조(10)와 상향류식 여과조(30) 사이의 공급관(11)에서 응집제 투입부(20)로부터 공급될 응집제와 혼합되되, 하수 공급흐름을 통해 응집제와 충분히 혼합되면서 탁질입자인 플럭을 형성하여 다공성 부상여재와의 접촉을 활성화시켜 상당한 처리효율을 제공하게 된다.

선택가능하기로, 본 발명에 따른 여과장치는 공급관(11)에 순간혼화기(12)를 추가로 구비한다. 이 순간혼화기(12)는 공급관(11)으로 안내될 하수와 응집제의 신속한 혼합을 유도하는데, 이러한 순간혼화기(12)를 구비함으로써 종래에 사용되었던 혼화지를 필요로 하지 않아 소요부지를 줄일 수 있는 한편, 급속하게 혼화가 이루어지기 때문에 응집제의 소모량을 저감시킬 수 있다. 또한, 순간혼화지(12)는 공급되는 하수량과 하수에 포함된 SS의 농도에 따라서 응집제의 혼화량을 효과적으로 조절할 수 있다.

응집제 투입부(20)에 투입되는 응집제는 예컨대, 폴리염화알루미늄(Poly Aluminum Chloride;이하 PAC) 혹은 명반(Alum)으로 되어 있으며, 이에 국한되지 않고 다양한 응집제를 선택할 수도 있다. 이 응집제는 하수의 화학적 응집(coagulant)을 돕는다.

하수가 원수조(10)에서 상향류식 여과조(30)로 이동하면서 응집제와 혼합되어 형성된 플럭이 추후 상향류식 여과조(30)에 구비된 다공성 부상여재와의 접촉으로 SS(이와 더불어서 BOD)를 효과적으로 처리할 수 있다.

기술된 바와 같이 상향류식 여과조(30)는 다공성 부상여재를 구비하는바, 다공성 부상여재와 플럭을 함유한 하수 흐름의 접촉을 통해 고농도 하수처리공정을 수행할 수 있다.

선택가능하기로, 상향류식 여과조(30)는 그 하부에 침전될 농축 슬러지를 용이하게 제거할 수 있도록 그 하부에 별도의 배출관(31)을 구비할 수도 있다. 또는 별도의 펌프로 뽑아내는 것도 가능하다.

상향류식 여과조(30) 내부에서 상향류로 이동하는 하수는 상향류식 여과조(30)를 통과하면서 전처리된 처리수를 그 후단에 하향류식 여과조(40)로 안내한다.

하향류식 여과조(40)는 상향류식 여과조(30)에서 여과된 처리수를 하향류로 흐르게 하여 하향류식 여과조(40) 내부에 배치된 다공성 여재와 접촉하여 후처리 여과공정을 수행하게 된다. 하향류식 여과조(40)는 우선적으로 전처리 공정을 통해 고농도 처리된 처리수를 다공성 여재로 이루어진 여과층부(410)를 수단으로 하여 저농도 정밀여과하여 응집제에 의한 응집여과로 T-P를 제거할 수 있다.

하향류식 여과조(40)에서 재차 여과될 처리수는 하향류식 여과조(40) 하부에 구비된 유출관(41)을 통해 처리수조(80) 혹은 외부 수계로 내보내 진다.

하수의 지속적인 처리과정을 통해, 응집물 혹은 침전물 등이 적층되어 여과층부을 폐색시켜 여과효율이 떨어지게 되는데, 상향류식 여과조(30)에서 공급되는 유입수가 하향류식 여과조(40) 내부에서 차오르게 되면 상향류식 여과조(30)에서 공급되는 유입수를 차단하고서 하향류식 여과조(40) 바닥에서 여과층부(410)를 향해 상향류되게 역세척수(및/또는 공기)를 공급한다.

참고로, 하향류식 여과조(40)는, 필요에 따라 선택적으로 그 하부와 연통되어 측벽면을 따라 공간부를 형성할 수도 있다. 이 공간부는 여과된 처리수가 유출관(41)으로 내보내지기 전에 체류하는 공간으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 더욱 바람직하게는 역세척시 공간부 내로 외부에서 역세척수로 채워지면 역세수단(440)을 작동하지 않고서도 자연스럽게 여과층부(410)의 전 하부면에 골고루 역세척수와 접촉하게 되면서 하향류식 여과조(40) 내에 역세척수로 채울 수 있게 한다.

역세수단(440)에 의해 또는 하향류식 여과조(40)의 측면 공간부로 공급될 역세척수는 유입수의 여과처리되는 유동방향과 반대방향으로 주입되어 여과층부에 적층되어 있던 탁질을 여과층부에서 박리시켜 여과층부의 막힘을 방지할 수 있다.

역세척으로 박리된 슬러지, 예컨대 SS는 하향류식 여과조(40)에 수용된 수면으로 떠오르게 하여 하향류식 여과조(40)에서 길이연장된 배출관(43)을 지나 역세척의 배출수 저류조(50)로 안내된다.

배출수 저류조(50)는 추가로 SS를 농축하기 위해서 응집보조제 투입부(60)에서 공급된 응집보조제를 SS와 혼합시킬 수 있다. 응집보조제 투입부(60)에 저장된 응집보조제는 예컨대, 고분자응집제로 되어 있으며, 이 응집보조제는 SS를 함유한 배출수의 물리적 응결(flocculant)을 돕는다.

응집보조제와 SS의 혼합을 촉진시키기 위해서, 배출수 저류조(50)는 교반기(51)를 추가로 구비한다.

도시된 바와 같이, 배출수 저류조의 상징수는 우회관(70)을 지나 원수조(10)와 상향류식 여과조(30) 사이의 공급관(11) 혹은 원수조와 하향류식 여과조 사이의 공급관으로 안내될 수 있게 순환시키는데, 더욱 바람직하기로, 이렇게 안내된 순환수는 응집제 투입부(20)로부터 뻗은 응집제 이송배관과 원수조(10)로부터 뻗어 있는 공급관(11)의 교차점 상류 혹은 하류로 안내하여 응집보조제로 농축된 SS가 추가로 응집제와 혼합되어 더욱 농축시켜 상향류식 여과조(30)에서 고농도 처리효율을 향상시켜 처리수를 확실하게 여과시켜 외부로 내보낼 수 있게 한다.

본 발명에 따른 상향류식 여과조(30)와 하향류식 여과조(40)는 아래에서 더욱 구체적으로 설명한다.

상향류식 여과조

하수는 원수조(10)에서 공급관(11)을 지나 상향류식 여과조(30)로 안내되되, 상향류식 여과조(30)는 전처리 처리조로서, 상향류식 여과조(30)로 유입된 하수가 집수되어 바닥으로 슬러지를 침전시켜 배출관(31)을 개방하여 외부로 농축 슬러지를 반출한다. 경우에 따라 별도의 펌프로 배출시킬 수도 있다.

상향류식 여과조(30)는 다공성 부상여재(310)와의 접촉공간을 확보하는 동시에 이 상향류식 여과조(30)를 고속으로 관통하기 위해서 상향류식 여과조(30) 하부에서 하수를 공급받아 상부로 여과처리하여 배출토록 설계되되, 그 바닥면에는 공급관(11)과 연통되어 있고, 상부면 근처에는 여과된 처리수를 후처리 공정을 위해 하향류식 여과조로 월류시키거나 안내한다.

선택가능하기로, 상향류식 여과조(30)에는 다공성 부상여재(310)의 유실을 방지하도록 상부에 상향류식 여과조(30)를 가로질러 배열된 제1스크린(320) 및 하부에 상향류식 여과조(30)를 가로질러 배열된 제2스크린(330)을 구비한다. 그리고 다공성 부상여재(310)는 제1스크린(320)과 제2스크린(330) 사이에 위치된다.

상향류식 여과조(30)는 다공성 부상여재(310)의 역세척에 사용될 역세수단(340)을 구비하는 것이 바람직한데, 역세수단(340)은 상향류식 여과조(30) 하부에 하나 이상의 산기관을 구비하여 상향류식 여과조(30)에 공기(또는 필요에 따라서 역세척수)를 공급할 수 있도록 되어 있다. 이 공기는 상향류식 여과조(30)에 수용된 처리수를 난류 유동시켜 다공성 부상여재(310)에 붙어 있는 슬러지, 예컨대 SS를 박리시킬 수 있다. 선택가능하기로, 역세수단(340)은 상향류식 여과조(30) 바닥면 바로 위 혹은 제2스크린(330) 위에 배치될 수 있으며, 도 1에서는 제2스크린(330) 위에 역세수단을 배치하고 있다.

다공성 부상여재(310)가 폐색되어 여과효율이 떨어지게 되면, 역세수단(340)으로 공급되는 기류를 통해 슬러지가 분리되는데, 분리된 슬러지와 상향류식 여과조 내에 채워져 있는 물은 배출관(31)을 따라 이송되어 임의의 장소에 집결시키거나 배출수 저류조(50)로 안내시킬 수 있는 반면에, 이와 달리 추가로 저농도 정밀여과공정을 수행하는 후처리 공정, 즉 하향류식 여과조로 안내될 수도 있다.

하향류식 여과조

상향류식 여과조(30)에서 전처리된 처리수 혹은 원수조(10)에서 공급관(11)을 통해 직접 공급된 하수는 하향류식 여과조(40)로 유입되는데, 특히 하향류식 여과조(40)에서는 유입수가 위에서 아래로 내려보내는 하향류로 여과층부(410)를 통과하여 여과처리되도록 설계한다. 바람직하기로, 여과층부(410)는 하향류식 여과조(40)의 바닥면과 평행하게 이격되게 배치되는바, 다공성 여재(414)로 충전되어 있다.

여과층부(410)의 구조는 도 1의 원호 A에 비교적 상세하게 도해한다. 선택가능하기로, 여과층부(410)는 지지대(411)와, 와이어 메쉬(412), 굵은 모래층(413), 및 다공성 여재(414)로 구성된다. 지지대(411)는 하향류식 여과조(40)를 가로질러 배열되되, 그 상에 안착될 와이어 메쉬, 굵은 모래층 뿐만 아니라 다공성 여재를 충분히 지탱할 수 있게 배열된다. 와이어 메쉬(412)는 도시되었듯이 지지대(411) 상에 배열된다. 와이어 메쉬(412)는 그 위에 안착될 구성부재, 예컨대 굵은 모래가 여과층부(410) 아래로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 촘촘한 구조로 선택되는 것이 바람직하다. 와이어 메쉬(412)는 전술된 바와 같이 굵은 모래의 유실방지를 목적으로 할 뿐만 아니라 여과층부(410)를 역세척할 경우 역세척수의 상향류 이동을 돕는다. 당해분야의 숙련자들에게 알려져 있듯이, 역세척수의 흐름을 안내하면서 굵은 모래층이 통과하지 않도록 하는 와이어 메쉬를 대신하여 다공판 등을 적용할 수 있는데 와이어 메쉬로 통칭하기로 한다.

더욱 효과적으로 굵은 모래의 유출을 방지하기 위해서 하나 이상의 와이어 메쉬(412)가 적층될 수 있다.

다공성 여재(414)는 와이어 메쉬(412) 위에 배열된 굵은 모래층(413) 상에 안착되어, 하향류식 여과조(40)에서 하향류하는 처리수를 여과한다.

여과처리하면서, 다공성 여재 상에 적층되는 탁질에 의해 상향류식 여과조로부터의 유입수가 신속히 여과되지 못해 처리수의 배출량이 현저하게 줄어들면 하향류식 여과조(40) 내부에서 유입수의 수위가 상승하게 된다. 본 발명은 감지센서(50)를 수단으로 하여 하향류식 여과조(40)의 유입수에 대한 변동사항을 측정하게 되는바, 예컨대 하향류식 여과조 내의 유입수 수위, 처리수 유량 등을 측정한다. 유입수 수위의 변동, 더욱 구체적으로 예컨대, 미리 설정된 수위 이상으로 유입수가 차오르게 되면 이를 감지센서(50)가 감지하도록 하거나, 유출관(41)을 따라 배출되는 처리수의 유량을 측정한 결과, 처리수의 유량이 미리 설정된 유량에 미치지 못할 경우에 역세수단(440)을 통해 본 발명에 따른 여과장치의 하향류식 여과조의 바닥에서 여과층부(410)를 향해 상향류되게 역세척수를 공급한다. 선택가능하기로, 역세수단(440)은 역세척수와 공기를 동시에 공급하여 탁질 분리를 위한 역세척 과정을 돕는다.

유출관(41)은 하류식 여과조(40)의 외부벽에 설치되어 있으나 외부벽을 생략하고 하류식 여과조(40)의 하부에 바로 설치하는 것도 가능하다.

감지센서(50)는 역세척시 역세척수가 하향류식 여과조 상부를 월류하지 않고 여과층부보다 높게 유지할 수 있도록 공급되는 역세척수의 수위를 감지할 수도 있다. 미리 설정된 수위만큼 역세척수가 공급되도록 역세척수의 수위를 조절할 수도 있다. 물론 감지센서를 사용하지 않고 미리 설정된 주기로 역세수를 공급하고, 또 일정한 분량의 역세수를 공급하여 역세척한 후 배출할 수도 있다. 이 또한 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

역세척수는 유입수의 여과처리되는 유동방향과 반대방향으로 주입되어 여과층부(410)에 슬러지로 폐색되어 있던 다공성 여재(414)를 분산시키면서 그 표면 상에 붙어 있던 슬러지를 분리하여 여과층부의 막힘을 방지한다. 역세척수가 공급되면 다공성 여재(414)를 막고 있던 슬러지(오염물질)과 다공성 여재가 위로 부상하게 되고, 역세척수의 공급을 멈추면 다공성 여재는 다시 가라앉게 되고 이때 역세척수를 배출하면 슬러지를 배출하게 된다.

이러한 역세척으로 박리된 슬러지는 하향류식 여과조(40)에 구비된 역세척수 배출용 개폐수단(42)과 배출관(43)을 지나 배출수 저류조(50)로 반출된다.

본 발명은 하향류식 여과조(40)의 측벽면에 개폐수단(42)을 구비하는바, 특별하기로 개폐수단(42)은 도시되었듯이 여과층부(410)보다 높게 그리고 하향류식 여과조(40)의 상부보다 아래에 위치되어 역세척수와 슬러지를 필요에 따라 외부로 반출시킬 수 있게 개방 혹은 폐쇄된다. 구체적으로, 개폐수단(42)은 여과층부(410)의 상부에 인접하게 위치되되, 여재가 역세 배출수에 휩쓸려 배출되지 않도록 하향류식 여과조의 상부와 여과층부 사이의 중간지점 보다 아래에 위치되는 것이 바람직하다.

역세척 후에, 하향류식 여과조(40)의 개폐수단(42)은 슬러지가 포함된 역세척수를 외부로 반출시키기 위해 부분적으로 혹은 완전히 개방한다. 개방된 개폐수단(42)으로 이동하는 역세척수의 유동흐름에 편승하여 슬러지가 외부로 내보내지는 반면에 본 발명에 따른 개폐수단(42)은 그 상부부터 먼저 개방하여 연통될 배출관으로 역세척수와 슬러지의 흐름속도를 제어하여 여과층부 상에 가라앉아 있는 다공성 여재(414)가 배출되는 역세척수에 휩쓸려 이동하여 유실되는 것을 방지할 수 있다. 바람직하기로, 개폐수단(42)의 수문부재(421)는 배출될 역세척수의 수위를 고려하여 서서히 개방시킬 수 있도록 한다. 개폐수단(42)은 통상적으로 하향류식 여과조에서부터 배출될 역세척수의 수위에 상응하게 그 개방 정도를 조절하여 역세척수와 슬러지를 최대한 반출하도록 할 수 있다.

원호 B에 도시된 바와 같이, 개폐수단(42)은 힌지식 수문 형태로 되어 있다. 개폐수단(42)의 수문부재(421)는 배출관(43)의 입구를 둘러싸고 있는 프레임(422) 상에 힌지부(423)를 매개로 하여 회동가능하게 힌지식으로 연결되어 있고, 힌지부(423)를 중심으로 한 수문부재(421)의 회동이동(화살표로 도시)으로 배출관(43)을 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 수문부재(421)와 밀착되는 프레임(422)은 유연성 재질이 바람직하나 프레임(422) 자체는 생략가능하다.

특히, 개폐수단(42)은 힌지부(423)를 최하단부에 배열하여 수문부재(421)의 개방시 수문의 위쪽부터 개방되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 배열구조는, 역세척시 부유상태의 다공성 여재에서 슬러지가 분리되고, 역세척수의 공급을 중단하게 되면 다공성 여재(414)는 다시 굵은 모래층(413) 위로 안착되는데, 다공성 여재(414)가 충분히 안착된 후에, 다공성 여재에서 박리된 슬러지가 다시 다공성 여재 상으로 가라앉기 전에 개방된 개폐수단(42)을 통해 배출관(43)을 따라 조속하게 배출시킬 수 있는데, 특히 하향류식 여과조 내부를 채우고 있는 역세척수의 위쪽부터 천천히 배출하도록 수문의 상부측부터 개방된다.

여과과정 중에 슬러지가 여재에 폐색되는 것을 늦추기 위해, 본 발명의 하향류식 여과조(40)는 교반기(45)를 추가로 구비할 수 있는데, 이 교반기(45)는 여과공정 중에 주로 사용될 수 있다. 예컨대, 하향류식 여과조(40)의 정상 작동 중에 교반기(45)가 작동하여 처리수에 부유되어 있는 슬러지의 침전이나 침착을 지연시켜 처리속도를 유지하고 역세공정의 주기를 늘려 설비의 가동효율을 높일 수 있게 한다.

선택가능하기로, 개폐수단(42)은 실린더 등의 구동수단(미도시)의 왕복동 이동을 통해서, 기계식 또는 전기식으로 수문부재(421)를 힌지축에서 회동가능하게 이동하여 개폐될 수 있다. 즉, 힌지부(423)와 수문부재(421)를 연결하는 힌지축을 예컨대, 모터나 유공압 실린더에 연결하여 이를 구동시켜 수문부재(421)를 개폐할 수도 있다.

여기서, 본 발명의 하향류식 여과조(40)에 사용될 다공성 여재(414)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 수지 및 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온(예컨대, 800~1,100℃)으로 가열하고 이를 냉각시켜 분쇄한 것으로서, 입경은 3mm 이하이며, 건조시 용적밀도 0.4~1.2g/㎤, 수분포화시 용적밀도 1.2~2.0g/㎤인 다공성 입자로 되어 있다. 참고로, 본 발명에 적용될 다공성 여재(414)의 수분포화시 용적밀도는 1.2~2.0g/㎤이며, 바람직하게는 1.3~1.8g/㎤로 되어 있다.

또한, 본 발명의 상향류식 여과조(30)에 사용될 다공성 부상여재(310)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 수지 및 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온으로 가열하여 이를 냉각시켜 분쇄한 것으로, 건조시 용적밀도 0.2~0.6g/㎤, 공극률이 50~80%이며, 20~50mm의 크기로 되어 있고, 수분포화시에도 용적밀도가 1g/㎤보다 작아 물에 뜨게 되는데, 바람직하게는 수분포화시 0.8g/㎤보다 작은 것이 좋다.

부언하자면, 상기 다공성 여재(414)와 다공성 부상여재(310)는 유리분말에 수지 및 발포제를 혼합하고 고온으로 가열하여 이를 냉각시켜 분쇄하여 형성하는데, 상기 다공성 여재(414)는 작게 분쇄되면서 기포가 파괴되어 침전되고, 상기 다공성 부상여재(310)는 내부의 기포가 유지되어 물에 뜨게 된다.

특별하기로, 앞서 언급된 다공성 여재(414)의 수분포화시 용적밀도를 고려하면, 용적밀도가 1.2g/㎤ 이하의 경우에는 물의 밀도와 비슷하여 유동하는 물의 흐름에 쉽게 휩쓸리게 되어 여과층부 상에서 균등하게 분포되어야 할 다공성 여재가 일측으로 쏠리거나 여재 사이에 슬러지가 쉽게 침투할 수 있는 문제를 갖고, 용적밀도가 2.0g/㎤ 이상의 경우에는 쉽게 떠오르지 않게 되어 다공성 여재의 부상으로 구현되는 본 발명만의 독특한 역세척 공정에 적합하지 않아 역세척수의 분사압을 상당히 높여야 하므로 바람직하지 않다.

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 오염물질과 쉽게 분리될 수 있어서 역세척수와 역세시간의 절감이 가능하도록 되어 있다.

참고로, 본 발명의 제1실시예에 따른 여과장치 중 하향류식 여과조에서의 여과과정과 역세척과정에 대해서 간략하게 기술한다.

본 발명에 따른 하향류식 여과조(40)는 우선적으로 유입수를 유입관으로 하우징에 공급한다. 공급된 유입수는 하향류식 여과조에 구비된 여과층부(410)를 통과하면서 다공성 여재에 의해 슬러지가 여과되는 과정을 거치게 된다. 이러한 여과과정중에는 유입관과 유출관을 개방하고 역세수단과 개폐수단을 차단한다.

유입수의 연속 공급으로, 하향류식 여과조는 여과과정을 연속적으로 수행하는데, 장시간 운전하거나 유입수에 함유된 탁질의 농도가 높을 경우에는 처음에 비해서 여과효율이 떨어지게 된다.

여과층부(410)의 다공성 여재(414)의 겉표면에 슬러지가 과도하게 포획되어 여과저항이 커지게 되면 여과효율이 떨어져, 여과층부의 통과속도가 현저하게 느려지는 한편, 유입수는 계속 공급되므로 인해 하향류식 여과조 내에 수용될 유입수의 수위가 높아질 것이다. 즉, 여과층부가 폐색되면 처리성능이 떨어져 유출관(41)으로 빠져나갈 처리수의 유량도 현저하게 감소될 것이다. 이러한 수량 변동사항은 감지센서(50)를 수단으로 하여 감지하여 역세척 주기를 결정한다.

미리 설정된 임의의 수치(예컨대, 유입수의 수위, 처리수의 유량 등)가 역세척 운전을 결정하게 되는바, 역세척을 필요로 하는 경우에, 우선적으로, 유입관을 폐쇄하여 유입수의 공급을 차단한다.

그런 다음에, 하향류식 여과조의 하우징 내에 잔존해 있는 유입수만을 여과처리하여 유출관(41)을 통해 물을 배출하여 하향류식 여과조의 내부를 비운다. 선택가능하기로, 역세척수의 공급량을 줄이기 위해서 여과층부(410)의 상부 수체 정도만을 배출시킬 수 있다.

유입관과 유출관(41) 및 배출관(43)을 폐쇄한 상태로, 역세수단(440)만을 개방하여 역세척수를 여과층부(410) 아래에서 위를 향해 공급한다. 역세척수의 공급은 전술된 바와 같이 여과층부(410)를 아래에서 위로 관통할 수 있게 상향류로 공급하되, 이때 역세척수는 여과층부(410)에 걸쳐 골고루 균등하게 분배될 수 있도록 한다. 역세척수가 균일하게 분배되지 않으면, 여과할 때 세척된 부분으로만 유입수가 통과하게 되며 그 부분에서만 여과속도가 빠르게 되고, 반대로 세척이 불충분한 부분에서는 여과층의 부분적인 폐색이 발생할 수 있다.

역세척수가 공급되어 여과층부(410)를 역세척하도록 여과층부(410)에서 다공성 여재(414)가 역세척수와 함께 부상되면서 유동되게 한다. 역세척수 혹은 역세척수/공기의 분사를 통해 다공성 여재(414) 상호 간의 마찰 혹은 수류의 전단력으로 다공성 여재에 붙어 있던 슬러지를 분리한다.

참고로, 역세척수는 본 발명의 하향류식 여과조를 월류하지 않도록 역세척수의 공급량을 한정하는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하기로 역세척수의 공급량은 개폐수단(42)보다 높고 하향류식 여과조 상부보다 낮게 수위조절하여 공급한다. 역세척수의 수위도 감지센서(50)를 통해 감지될 수 있다. 역세척수의 공급은 도면의 역세수단(440)에 한정되지 않으며, 다른 배관이나 호스 등으로 여과층부(410)의 아래에 역세수를 공급하는 수단은 본 발명의 범위에 포함된다.

역세척수의 공급을 차단하여 유동하던 다공성 여재(414)가 굵은 모래층 상으로 침전되어 안정화되되, 다공성 여재(414)는 슬러지에 비해서 무거워 굵은 모래층(413)에 빠르게 안착된다.

다공성 여재(414)가 충분히 안착된 다음에, 다공성 여재 상으로부터 분리된 슬러지를 조속하게 배출하기 위해서 개폐수단(42)의 수문부재(421)를 상부부터 천천히 개방한다. 개방된 배출관(43)을 통해 역세척수와 함께 슬러지를 외부로 반출시킬 수 있다. 배출중에, 하우징 내부에 수용된 역세척수와 슬러지의 수위에 상응하게 개폐수단(42)의 수문부재(421)를 개방한다. 이때에는 유입관과 유출관(41) 및 역세수단(440)은 폐쇄되어 있다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 여과장치를 개략적으로 도시한 공정도이다. 도 2에 도시된 본 발명의 제2실시예는 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시예에서 하향류식 여과조(40)에 구비된 힌지식 개폐수단(42)을 대신하여 역세척수 배출을 위해 승강식 개폐수단(42')를 별도로 구비하는 것을 제외하고는 유사한 구조로 되어 있다. 따라서, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성부재에 대한 설명은 여기서는 배제할 것이다.

개폐수단(42')은 도 1의 개폐수단(42)과 동일하게 다공성 여재를 역세척한 역세척수와 함께 이 역세척수에 휩쓸려 박리된 슬러지가 여과층부(410) 상으로 침강되기 전에 신속하게 외부(즉, 배출수 저류조(50))로 반출될 수 있게 개방되어야 한다. 물론, 개폐수단(42')은 여과처리중이거나 역세척 도중에는 이를 폐쇄해야만 한다.

원호 C에 도시된 바와 같이, 개폐수단(42')은 승강식 수문 형태로 되어 있다. 개폐수단(42')의 수문부재(421')는 승강 및/또는 하강의 왕복이동을 통해 배출관(43)의 입구를 개방 혹은 폐쇄할 수 있다.

개폐수단(42')은 다양한 유형의 승강장치(M)를 수단으로 하여 수문부재(421')를 수직이동시켜 개폐할 수 있도록 한다. 여기서, 언급된 승강장치는 예컨대 모터 혹은 유공압 실린더에 의한 것로서 본 명세서에서 구체적으로 이에 대한 내용을 기술하지는 않는다.

바람직하기로, 개폐수단(42')은 도 1의 개폐수단(42)과 마찬가지로 상부부터 개방되도록 되어 있다. 본 발명에 따른 개폐수단(42')은 그 상부부터 먼저 개방하여 연통될 배출관으로 역세척수와 슬러지의 흐름속도를 제어하여 여과층부 상에 가라앉아 있는 다공성 여재가 배출되는 역세척수에 휩쓸려 이동하여 유실되는 것을 방지할 수 있다. 개폐수단(42')의 수문부재(421')는 가급적 배출될 역세척수의 수위를 고려하여 서서히 하강되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 개폐수단(42, 42')은 미리 설정된 역세척 주기에 따라 역세척이 시행된 후 역세척수를 슬러지와 함께 배출하도록 개폐될 수 있도 있는데, 이것 또한 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니고, 개폐수단(42, 42')이 밸브수단으로 이루어지는 것 또한 마찬가지이다.

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

Claims (14)

1. 하수를 응집 및 여과를 통해 처리하는 여과장치에 있어서,
   처리될 하수를 공급하는 공급관(11);과
   응집제를 저장하고, 이 응집제를 상기 공급관(11)에 공급하는 이송배관으로 연통되어 있는 응집제 투입부(20);
   상기 공급관(11)으로 안내되는 하수를 하향류로 흘려보내며 여과처리하도록, 바닥면에서 소정의 거리만큼 이격되고 다공성 여재(414)를 구비한 여과층부(410)와, 처리수를 외부로 내보내기 위해 하부에 위치된 유출관(41), 상기 여과층부 아래에 위치되어 역세척수를 공급하는 역세수단, 슬러지와 역세척수를 외부로 배출하는 배출관(43), 및 상기 여과층부(410)보다 높게 상기 하향류식 여과조(40)의 측벽면 상에 위치되어 상기 배출관(43)의 개폐를 조절하는 개폐수단(42,42')을 구비한 하향류식 여과조(40); 및
   상기 개폐수단(42,42')을 지나 배출관(43)으로 안내된 슬러지를 집결시키는 배출수 저류조(50);를 구비하고,
   상기 개폐수단(42,42')은 설정된 역세척 주기 또는 비주기적으로 개폐되어 상기 하향류식 여과조(40)와 상기 배출관(43)을 연통시키고,
   상기 개폐수단(42,42')은 상기 여과층부(410)의 상부와 인접하게 위치하되, 슬러지와 역세척수가 상부로 월류하지 않고 배출되도록, 하향류식 여과조(40)의 상부와 여과층부 사이의 중간지점 보다 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는 초고속 역세기능의 여과장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 공급관(11)을 통해 유입된 하수를 상향류로 흘려보내며 전처리하도록, 하수와의 접촉으로 여과처리하는 다공성 부상여재(310)와, 슬러지를 외부로 내보내기 위해 바닥에 위치된 배출관(31) 및 상기 다공성 부상여재(310)를 역세척하기 위해 하부에 배치된 역세수단(340)을 구비하는 상향류식 여과조(30)가 하향류식 여과조(40)의 앞에 배치되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 상향류식 여과조(30)의 상부를 가로질러 배열된 제1스크린(320)과 상향류식 여과조(30)의 하부를 가로질러 배열된 제2스크린(330)을 구비하고, 이들(320,330) 사이에 상기 다공성 부상여재(310)를 위치시키는 것을 특징으로 하는 여과장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 여과층부(410)는 상기 하향류식 여과조(40)를 가로질러 배열된 지지대(411)와, 이 지지대(411) 상에 배치된 하나 이상의 와이어 메쉬(412), 상기 와이어 메쉬를 통과하지 않는 굵은 모래층(413), 및 이 모래층(413) 위에 배치되는 다공성 여재(414)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 다공성 여재(414)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 수지 및 발포제를 혼합한 혼합물을 고온으로 가열하고 이를 냉각시켜 분쇄한 입상체로 되어 있으며, 이 입상체는 입경이 3mm 이하이며, 건조시 용적밀도 0.4~1.2g/㎤, 수분포화시 용적밀도 1.2~2.0g/㎤으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
   
6. 제2항에 있어서, 상기 다공성 부상여재(310)는 작은 입자크기를 갖는 유리분말에 수지 및 발포제를 혼합하고, 이 혼합물을 고온으로 가열하여 이를 냉각시켜 분쇄한 것으로, 건조시 용적밀도 0.2~0.6g/㎤, 수분포화시 용적밀도는 1g/㎤보다 작으며, 공극률이 50~80%이며, 20~50mm의 크기로 되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 공급관(11)은 순간혼화기(12)를 추가로 구비하며, 상기 순간혼화기(12)가 상기 공급관(11)으로 공급될 하수와 상기 응집제 투입부(20)의 응집제의 혼화를 돕는 것을 특징으로 하는 여과장치.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 여과장치는 하나 이상의 수위 또는 유량 감지센서(50)를 추가로 구비하여 역세척 시기를 판단하고, 상기 역세척수가 상기 배출관(43)보다 높고 상기 여과조(40)를 넘치지 않게 역세척수의 공급량을 제어할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 여과장치.
   
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배출수 저류조(50)에서 상기 공급관(11)까지 유체연통시키는 우회관(70)을 구비하여 배출수를 순환시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 여과장치.
   
10. 제1항에 있어서, 상기 배출수 저류조(50)에 공급될 응집보조제를 저장하는 응집보조제 투입부(60)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
    
11. 제1항에 있어서, 상기 개폐수단(42)은 상기 하향류식 여과조(40)의 측벽면에 상기 배출관(43) 입구에 힌지부(423)로 연결된 수문부재(421) 및 상기 수문부재(421)의 회동을 돕는 구동수단으로 이루어진 힌지식 수문 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
    
12. 제1항에 있어서, 상기 개폐수단(42')은 상기 하향류식 여과조(40)의 측벽면의 배출관(43)을 개폐할 수 있게 승·하강하는 수문부재(421')와 상기 수문부재(421')의 승·하강을 돕는 승강수단으로 이루어진 승강식 수문 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 여과장치.
    
13. 삭제
14. 제1항에 있어서, 상기 하향류식 여과조(40)는 교반기(45)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
    

Images