KR102367543B1 - 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지에 관한 것으로, 그 목적은 여과지의 L자형 하부수로에 모이는 공기를 원활히 외부로 배출하는 벤트를 포함하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 다수의 유공블록으로 이루어진 하부집수장치가 바닥에 구성되고 상기 하부집수장치의 상부에 여층이 구성되며 상기 여층의 상부에 다수의 트러프가 분산되게 설치된 것으로 이루어진 셀; 퇴수거를 향하여 하향 경사진 슬리브에 의해 구분된 상부수로와 하부수로로 이루어지며 상기 셀에 인접하여 형성되는 중앙수로; 외부 공기를 하수집수장치로 공급하도록 설치되는 공기유입관; 상기 하부수로에 연결된 역세수유입관; 및 상기 하부수로에 연결된 정수유출관;을 포함하는 것으로 이루어지되, 상기 하부수로는 상부수로의 하부에 형성된 횡방향 수로와 이 횡방향 수로의 입구측에서 수직한 자세로 형성된 종방향 수로로 형성되어 L자형 구조를 갖도록 이루어진 여과지에 있어서, 상기 횡방향 수로의 천장으로부터 여과지의 상단으로 연장되게 설치되어 상기 공기층을 형성하는 공기의 배출을 유도하는 벤트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지를 제공한다.

Description

유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지{Rapid sand filter with underdrain block}

본 발명은 여과지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 L자형 구조의 하부수로 및 공기 역세척 구조를 포함하는 여과지에서 L자형 하부수로의 횡방향 수로에 모이는 공기가 역세수와 함께 유공블록의 하부로 유입되어 여층으로 분출되면서 여재의 유실을 초래하는 것을 방지하기 위하여 횡방향 수로에 모이는 공기를 외부로 배출하는 벤트와, 벤트의 입구 주위에 공기가 안정적으로 모여 배출되도록 유도하는 베플을 포함하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지에 관한 것이다.

일반적으로 정수장은 원수를 취수, 도수시설을 통해 공급받아 음용에 적합한 수질로 정화하는 시설을 의미하며, 도수되는 원수의 수위동요를 안정시키는 착수정, 수처리 약품을 투입하여 원수에 혼합시키는 혼화지, 응집지에서 형성된 플록(floc)을 중력으로 자연 침강시켜 침전시키는 침전지, 원수가 여재를 통과하게 하여 미립자를 분리시키는 여과지(사여과지, 활성탄여과지), 염소 등의 소독약품을 투입시켜 최종 정수시킨 후 가정집으로 공급하는 정수지 등이 포함된다.

상기와 같은 정수과정에서 여과지로 유입되는 원수는 여과지의 상부로 유입된 후, 모래/활성탄/안트라사이트 등의 여재로 이루어진 여층을 통과하고, 여과지의 하부에 설치된 하부집수장치를 통해 집수된 후 정수지로 배출된다.

한편, 상기 하부집수장치는 휠러형, 스트레이너형, 유공블록형, 다공판형 등이 주로 사용되고 있으며, 동일 면적에서 높은 여과속도와 많은 현탁물질의 억류가 가능한 심층구조의 여층이 구비된 여과지에는 물과 공기의 동시 역세가 가능하여 효과적인 세척공정의 진행이 가능한 유공블록형이 많이 사용되고 있다.

상기 유공블록형 하부집수장치를 구성하는 유공블록은 내부 공간이 경사격벽에 의해 분산실과 송수실로 구획되고, 상기 경사격벽에 오리피스홀이 형성되며, 상부벽에 또 다른 오리피스홀이 형성되어 이중 오리피스 구조를 형성하도록 이루어지며, 이러한 다수의 유공블록이 여과지의 하부에 병렬로 연결되게 설치되어 하부집수장치를 구성하게 된다.

상기와 같이 구성된 유공블록형 하부집수장치는 이중 오리피스 구조로 인한 균등효과와, 유공블록 상면에 배열된 다수의 집수공에 의하여 평면적으로 균등한 여과와 역세척 효과를 유도할 수 있는 장점이 있으며, 공기 단독 역세척, 물 단독 역세척, 물과 공기의 동시 역세척 모두 가능하고, 이중여재여과 및 활성탄여과 등의 심층 여층에 의한 고도처리 정수공정 대부분에 적용되고 있다.

상기 유공블럭형 하부집수장치가 구비된 여과지의 역세척은 여재사면 상부의 약 100㎜까지 물을 배수하는 지배수 과정을 시작으로 여층의 하부에서 공기를 불어넣어 여층 내에 억류되어 있는 탁질을 여재로부터 박리하는 공기 단독 역세척과정, 공기역세척에 의해 여층에서 탈리된 탁질을 여층 외부로 이동시키는 물과 공기 동시 역세척과정, 박리된 탁질을 여층으로부터 분리하여 트러프로 월류 배출시키는 물 단독 역세척과정으로 이루어진다.

한편, 원수의 여과 과정에서 여층을 통과한 정수는 하부집수장치를 통해서 유출되며 중앙의 정수로(중앙수로)에서 합류되어 정수지로 이송된다. 상기 중앙수로는 상부수로와 하부수로로 구분되며, 상부수로는 여과를 위한 원수유입과 역세척 후 트러프를 통해 배출되는 역세수가 유출되는 수로이며, 하부수로는 여과를 거친 원수 유출과 역세척을 위한 역세수가 유입되는 수로의 역할을 한다. 이때 상부수로와 하부수로 사이에 구성되는 슬리브는 역세척 배출수의 흐름이 자연유하로 원활하게 퇴수거로 향하도록 퇴수거를 향하여 경사진 구조로 되어 있다.

한편, 급속여과지에서는 유입량과 유출량의 평형을 유지하고 여과속도의 급격한 변화를 피하기 위하여 여과유량을 제어하고 있으며, 여층의 폐색이 진행될 때, 상류층 수위를 높이거나 하류측 유량제어계의 저항을 낮추어 여층에 걸리는 압력차를 증가시켜 여과수량의 감소를 보충하는 방식으로 일정한 여과유량을 유지하는 방식을 정속여과라 하고, 정속여과 중 제어장치 없이 여과지의 유출수위를 여층 표면보다 높여 유입량과 유출량이 자연적으로 평형을 유지하게 하는 방식으로 여과유량을 제어하는 여과지를 자연평형형이라 하며, 그 중 하나인 자기역세형 유형은 6지 이상을 1군으로 하여 1지가 세척상태로 될 경우 정수거에 유입되는 다른 여과지의 여과수로 세척하는 형식을 갖고 있다.

한편, 자기역세형 여과지의 여재는 주로 세립단층을 사용하기 때문에 탁질의 침투 깊이가 깊지 않고, 이로 인해 여과지속시간이 비교적 짧아 역세척과 함께 여과층의 표층부에 압력수를 고속으로 분사시켜 표층부만 단독 세척하는 표면세척방식을 행하고 있다.

그러나 근래에는 탁질 억류능력이 크고 정수 생산성을 증대시키며 여과지속시간을 증가시키는 심층여재로 전환되고 있으며 이에 따라 여과지 구조개량도 시행되고 있다.

즉, 심층여재가 사용되는 심층여과지에는 이미 설명된 바와 같이 유공블록형 하부집수장치가 사용되고 있으며, 유공블록의 하부로 공기를 불어넣어 여재에 부착된 탁질을 박리시키는 공기 역세척의 실현을 위하여 공기유입관이 개설되는 등 여과지의 구조가 개량되고 있다.

도 1은 공기 역세척이 가능하도록 개량되기 전 자기역세형 여과지의 구성을 보인 평면도를, 도 2는 A-A`선 단면도를, 도 3은 공기 역세척이 가능하도록 개량된 후 자기역세형 여과지의 내부 구성을 보인 구조도를 도시하고 있다.

개량 전 자기역세형 여과지는 가운데 정수거(10)가 위치하고, 정수거(10)의 좌우 양측에 상부수로(21)와 하부수로(22)로 이루어진 다수의 중앙수로(20)가 분산되게 형성되며, 상기 중앙수로(20)와 외측 단부에 원수거(30) 및 퇴수거(40)가 형성되고, 하부집수장치와 여층 및 트러프가 설치되는 셀(50)이 중앙수로(20)의 양측에 형성된 것으로 이루어진다.

상기 중앙수로(20)는 이미 설명된 바와 같이 상부수로(21)와 하부수로(22)로 구성되며, 하부수로(22)의 경우 상부수로(22)의 하부에 위치하는 횡방향 수로(23)와, 중앙수로(20)와 정수거(10) 사이에 형성되는 종방향 수로(24)로 이루어져 전체적으로 L자형 구조를 갖도록 구성되어 있다.

한편, 개량 후 자기역세형 여과지는 기존 정수거 공간에 공기유입관(61)과 역세수유입관(62) 및 정수유출관(63)이 설치되며, L자형 구조의 하부수로(22)는 정수유출수로 및 역세유입수로의 기능을 함께 하도록 개량된다.

상기와 같이 개량된 자기역세형 여과지의 경우, 역세척을 위하여 여과지 수위를 여재사면까지 내리는 지배수 과정에서 종방향 수로(24)의 수위 즉, 하부수로(22)의 수위도 함께 낮아지면서 종방향 수로(24) 상단부에 다량의 공기가 체류하는 현상이 발생된다.

이와 같이 종방향 수로(24)에 체류한 공기는 물 단독 역세척이 이루어지기 전까지(공기 단독 역세척과정, 물과 공기의 동시 역세척과정) 배출되지 못하고 그대로 잔류하게 되며, 물 단독 역세척이 진행되는 과정에서 만관상태로 하부수로를 지나는 역세수의 흐름에 의해 역세수와 함께 여층으로 유입되어 여재의 유실을 발생시키는 원인으로 작용하게 되는 문제점이 있다.

즉, 역세수가 역세수유입관(62)을 통해 하부수로(22)의 종방향 수로(24)로 유입된 후 횡방향 수로(23)로 유동하는 과정에서 종방향 수로(24)의 상단부에 체류한 공기가 역세수와 함께 횡방향 수로(23)로 유입되고, 이와 같이 유입된 공기는 횡방향 수로(23)의 입구측 상단부에 모여 정체되며, 이후 계속되는 역세수의 흐름에 의한 볼텍스 유동에 의해 횡방향 수로에 난류로 분포되어 역세수와 함께 좌우측 셀의 유공블록으로 유입된다.

일반적으로 물 단독 역세척 시 역세척수의 유속은 약 0.81m/min으로 물과 공기 동시 역세척 시 유속 0.2m/min 보다 현저히 빠르며, 이러한 빠른 유속으로 역세수가 종방향 수로를 통해 낙하하여 횡방향 수로로 유입되는 과정에서 횡방향 수로의 입구측에는 볼텍스 현상 같은 와동으로 포말이 발생되고, 이로 인해 난류상태로 역세수가 흐르며 횡방향 수로의 경사진 천장에 정체되어 있던 공기는 유동을 따라 흩어지면서 유공블록 하부로 유입된다.

상기와 같이 유공블록으로 유입된 공기는 여층으로 유입되고, 여층의 여재와 함께 부상하게 되므로, 역세척 과정에서 많은 양의 여재가 유실되는 문제점이 있다.

등록실용신안공보 실0127594(1997.06.18.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 여과지의 L자형 하부수로에 모이는 공기를 원활히 외부로 배출하는 벤트를 포함하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 L자형 하부수로의 내부 특정 위치에 공기의 흩어짐을 방지하면서 공기가 안정적으로 모이도록 유도하는 베플을 더 포함하여 공기를 보다 안정적으로 배출할 수 있도록 한 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 벤트를 통한 공기의 배출과정에서 역세수가 공기와 함께 배출되는 것을 방지할 수 있도록 한 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 다수의 유공블록으로 이루어진 하부집수장치가 바닥에 구성되고 상기 하부집수장치의 상부에 여층이 구성되며 상기 여층의 상부에 다수의 트러프가 분산되게 설치된 것으로 이루어진 셀; 퇴수거를 향하여 하향 경사진 슬리브에 의해 구분된 상부수로와 하부수로로 이루어지며 상기 셀에 인접하여 형성되는 중앙수로; 외부 공기를 하수집수장치로 공급하도록 설치되는 공기유입관; 상기 하부수로에 연결된 역세수유입관; 및 상기 하부수로에 연결된 정수유출관;을 포함하는 것으로 이루어지되, 상기 하부수로는 상부수로의 하부에 형성된 횡방향 수로와 이 횡방향 수로의 입구측에서 수직한 자세로 형성된 종방향 수로로 형성되어 L자형 구조를 갖도록 이루어진 여과지에 있어서, 역세척을 위한 지배수 과정에서 낮아지는 종방향 수로의 수위로 인해 종방향 수로의 상단부에 공기가 체류하고, 종방향 수로의 상단부에 체류하는 공기가 물 단독 역세척과정에서 역세수의 흐름에 의해 횡방향 수로로 유입되어 횡방향 수로의 유입구 앞쪽의 경사진 천장 상단부에 밀집되면서 공기층을 형성하며, 상기 공기층을 형성하는 공기가 계속되는 역세수의 흐름 그리고 종방향 수로와 횡방향 수로의 경계영역에서 발생되는 유체의 와동에 의해 포말을 형성하면서 역세수와 함께 유공블록으로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 상기 횡방향 수로의 천장으로부터 여과지의 상단으로 연장되게 설치되어 상기 공기층을 형성하는 공기의 배출을 유도하는 벤트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지를 제공한다.

한편 상기 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지에 있어서, 상기 벤트는 횡방향 수로의 천장 중 횡방향 수로의 입구측 천장으로부터 여과지의 상단으로 상승하는 구조로 연장되게 형성되는 것이 바람직하다.

한편 상기 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지에 있어서, 상기 하부수로의 역세수가 유공블록으로 유입되도록 하부수로와 유공블록을 연결하는 연결수로는 3개 이상이 분산되게 형성되어 하부집수장치로 유입되는 역세수의 유속을 낮춰 균등분배 효율이 높아지게 할 수 있다.

한편 상기 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지에 있어서, 상기 벤트의 입구측 내부에는 방사형 분배기가 더 설치되며, 상기 방사형 분배기는, 벤트의 중심부에 위치하되, 벤트의 내주면으로부터 이격된 외주면을 갖고, 내부로 공기가 유동할 수 있도록 원통형의 구조로 형성된 중심배관; 및 상기 중심배관의 외주면으로부터 방사형의 구조로 돌출되어 벤트의 내주면에 연결되면서 중심배관을 벤트에 고정하고, 일정 각도 기울어진 자세를 구비하여 중심배관과 벤트의 사이 공간으로 유입되는 역세수를 반사하여 횡방향 수로로 되돌리는 다수의 경사판;으로 구성될 수 있다.

한편 상기 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지에 있어서, 공기와 함께 벤트로 유입된 역세수가 더 이상 공기와 함께 유동하는 것을 방지하여 역세수가 공기와 함께 외부로 배출되는 것을 감소시키는 스크류 세퍼레이터가 벤트의 내부에 더 설치되며, 상기 스크류 세퍼레이터는, 수평한 일자형의 단면을 갖는 판재를 나선형의 구조로 감은 구조로 이루어지되, 중앙부에는 수직한 빈 공간이 형성되고, 외측 둘레는 벤트의 내주면에 고정되게 설치되도록 이루어질 수 있다.

한편 상기 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지에 있어서, 역세수의 흐름을 따라 횡방향 수로로 유입되어 유동하는 공기가 횡방향 수로의 입구측으로 되돌아가는 임계점의 수직 상부에서 횡방향 수로의 천장으로부터 여과지의 상단으로 연장되게 설치되는 보조 벤트;가 더 포함될 수 있다.

한편 상기 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지에 있어서, 상기 횡방향 수로의 천장과 종방향 수로의 안쪽 내측벽이 만나는 지점에 위치하도록 설치되며, 역세수의 흐름방향을 따라 원호의 형태로 굽어지되, 오목한 부분이 횡방향 수로의 천장과 마주하도록 형성되어 공기가 천장에 안정적으로 밀집되고 밀집된 공기가 흩어지는 것을 방지하는 포말방지형 날개부가 구비된 베플;이 더 포함될 수 있다.

한편 상기 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지에 있어서, 상기 종방향 수로의 내측벽으로부터 수로의 안쪽으로 돌출되는 다수의 스테이지;를 더 포함하되, 상기 다수의 스테이지는 종방향 수로의 마주하는 두 내측벽에 분산되게 형성되며, 두 내측벽에 분산되게 형성되는 다수의 스테이지는 서로 높이차를 두고 엇갈린 구조를 갖도록 형성되어 종방향 수로를 통해 낙하하는 역세수의 위치에너지를 감소시키도록 이루어질 수 있다.

삭제

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 물 단독 역세척과정에서 L자형 하부수로에 형성되는 공기층의 공기를 벤트를 통해 신속히 외부로 배출함으로써, 공기층의 공기가 역세수와 함께 유공블록으로 유입되어 여재의 유실을 초래하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 기존에는 하부수로에 밀집된 공기가 하부수로와 유공블록을 연결하는 연결수로로 유입되는 현상을 줄이기 위해 하부수로와 유공블록을 연결하는 연결수로를 중앙부 한 개소밖에 사용할 수 없었으나, 벤트를 통한 공기의 원활한 배출을 통해 공기의 유입 가능성을 줄임으로써 사용 가능한 연결수로의 개수를 늘릴 수 있으며, 이를 통해 역세수의 유속을 낮추어 유공블록으로 공급할 수 있게 된다.

또한, 벤트에 설치되는 방사형 분배기와 스크류 세퍼레이트는 공기와 함께 벤트로 유입되는 역세수를 하부수로로 되돌려 보냄으로써, 벤트로 유입되는 역세수로 인하여 공기 배출이 지연되거나 하는 등의 문제없이 공기의 신속한 배출이 가능하게 된다.

도 1 은 공기 역세척이 가능하도록 개량되기 전 자기역세형 여과지의 구성을 보인 평면도,
도 2 는 A-A`선 단면도,
도 3 은 공기 역세척이 가능하도록 개량된 후 자기역세형 여과지의 내부 구성을 보인 구조도,
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 여과지의 평면 구조를 보인 구조도,
도 5 는 B-B`선 단면도,
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 여과지의 내부 구조를 측면에서 보인 구조도,
도 7 은 본 발명에 따른 방사형 분배기가 벤트의 내부에 설치된 상태를 보인 사시도,
도 8 은 본 발명에 따른 스크류 세퍼레이터가 벤트의 내부에 설치된 상태를 보인 사시도,
도 9 는 본 발명에 따른 스크류 세퍼레이터의 또 다른 구조를 보인 사시도 및 저면도,
도 10 은 본 발명에 따른 베플이 횡방향 수로의 입구측에 설치된 상태를 보인 사시도,
도 11 은 모형 여과지를 이용한 역세척과정의 시뮬레이션 과정에서 횡방향 수로의 천장에 공기층이 형성된 상태를 촬영한 사진.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 여과지의 평면 구조를 보인 구조도를, 도 5는 B-B`선 단면도를, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 여과지의 내부 구조를 측면에서 보인 구조도를, 도 7은 본 발명에 따른 방사형 분배기가 벤트의 내부에 설치된 상태를 보인 사시도를, 도 8은 본 발명에 따른 스크류 세퍼레이터가 벤트의 내부에 설치된 상태를 보인 사시도를, 도 9는 본 발명에 따른 스크류 세퍼레이터의 또 다른 구조를 보인 사시도 및 저면도를, 도 10은 본 발명에 따른 베플이 횡방향 수로의 입구측에 설치된 상태를 보인 사시도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 여과지는 자기역세형 유형의 심층여과지로써, 중앙수로(20)를 사이에 두고 2개의 셀(50)이 마주하도록 형성되어 1지가 구성되고, 이러한 지를 여러 개 포함하는 것으로 이루어지며, 상기 각 셀(50)에는 다수의 유공블록이 조합되어 형성된 하부집수장치(60)와 여층(70) 및 트러프(80)가 설치된 것으로 구성된다.

한편, 상기 중앙수로(20)는 상부수로(21)와 하부수로(22)로 구성되며, 상부수로(21)와 하부수로(22)는 슬리브(25)에 의해 구분된다. 즉, 상기 슬리브(25)의 아래쪽에 하부수로(22)가 형성되고, 슬리브(25)의 위쪽에 상부수로(21)가 형성되며, 상기 상부수로(21)는 원수거(30)로부터 여과를 위한 원수를 유입 받아 트러프(80)로 유도하거나 역세척 후 트러프(80)를 통해 배출되는 역세수를 퇴수거(40)로 유도하는 수로의 기능을 제공하도록 구성되고, 상기 하부수로(22)는 하부집수장치(60)로부터 배출되는 정수를 정수유출관(63)으로 유도하고 역세수유입관(62)으로부터 유입되는 역세수를 하부집수장치(60)와 연결된 연결수로(64)로 유도하는 수로의 기능을 제공하도록 구성된다.

또한, 상부수로(21)와 하부수로(22)의 사이에 형성된 슬리브(25)의 상면은 상부수로(21)의 바닥(21a)을 형성하고, 슬리브(25)의 저면은 하부수로(22)의 천장(22a)을 형성하며, 이러한 슬리브(25)는 역세척 배출수가 퇴수거(40)를 향하여 자연유하방식으로 흘러갈 수 있도록 퇴수거(40)를 향하여 하향 경사진 구조를 갖도록 기울어지게 형성된다.

또한, 상기 하부수로(22)는 역세수유입관(62) 및 정수유출관(63)과 연결되는 수직한 자세의 종방향 수로(24)와, 슬리브(25)의 아래쪽에 형성된 수평한 자세의 횡방향 수로(23)로 구성되어 전체적으로 L자형 구조를 이루도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 여과지는 원수거(30)로 유입되는 원수가 중앙수로(20)의 상부수로(21) 및 트러프(80)를 통해 각 셀(50)의 상단부로 유입되고, 원수가 여층(60)을 통과하는 과정에서 미립자가 걸러지게 되며, 미립자가 제거된 정수는 하부집수장치(60)를 통해 중앙수로(20)의 하부수로(22)로 배출되어 정수유출관(63)을 통해 정수거로 유동하도록 구성된다.

한편, 역세척 과정은 셀(50) 내부의 물을 여층(70) 상부 일정 높이까지 배출하는 지배수 과정을 시작으로 하여 공기 단독 역세척, 물과 공기의 동시 역세척, 물 단독 역세척의 순서로 이루어지며, 이러한 역세척 과정에서 사용되는 공기는 공기유입관(61)을 통해 하부집수장치(60)로 공급되고, 역세수유입관(62)을 통해 종방향 수로(24)로 유입되는 역세수는 횡방향 수로(23)를 통해 연결수로(64)로 공급된다.

이와 같이 원수를 여과하고, 여층(70)에 부착된 탁질을 제거하기 위한 역세척을 실시하기 위한 기본적인 구성은 일반적으로 널리 사용되고 있는 심층여과지과 동일하게 구성될 수 있으므로, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 여과지는 상부수로(21)와 하부수로(22)를 구분하도록 형성된 슬리브(25)로부터 여과지의 상단까지 연장되도록 형성되어 슬리브(25)의 하부 즉, 하부수로(22)의 천장(22a)에 밀집된 공기를 여과지의 상단으로 배출시키는 벤트(100)를 포함하는 것으로 구성된다.

상기 벤트(100)는 하단부가 슬리브(25)의 저면을 통해 노출되며 밑단이 슬리브(25)의 저면과 일치하도록 형성되어 슬리브(25)의 저면인 하부수로(22)의 천장(22a)에 형성되는 공기층의 공기를 외부로 배출하도록 구성되며, 공기의 원활한 배출을 위하여 수평구간이 없도록 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 벤트(100)는 경사진 자세를 갖는 슬리브(25)의 저면 즉 횡방향 수로(23)의 천장(22a) 중 가장 높은 지점에 위치하도록 횡방향 수로(23)의 입구측 천장(22a)으로부터 여과지의 상단으로 연장되게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 슬리브(25)의 중앙부근에 보조 벤트(101)가 더 설치될 수 있으며, 상기 보조 벤트(101)는 역세수의 흐름을 따라 횡방향 수로(23)로 유입되어 유동하는 공기가 횡방향 수로(23)의 입구측으로 되돌아가는 임계점의 수직 상부에서 횡방향 수로(23)의 천장(22a)으로부터 여과지의 상단으로 연장되게 설치될 수 있다.

역세수의 흐름을 타고 횡방향 수로(23)로 유입되는 공기는 역세수의 흐름을 따라 횡방향 수로(23)의 안쪽방향으로 이동하다가 상승하면서 횡방향 수로(23)의 입구 방향으로 되돌아오는 순환을 하게 되며, 이러한 공기의 유동과정에서 공기가 최대로 이동한 한계지점(공기의 반환점)이 상기 임계점으로 결정될 수 있으며, 이러한 임계점을 모형실험이나 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 결정하고, 상기 보조 벤트(101)가 결정된 임계점의 수직 상부에 위치하도록 여과지를 설계하게 된다.

한편, 벤트(100)와 보조 벤트(101)는 각각 여과지의 상단으로 연장되게 설치될 수도 있고, 벤트(100)와 보조 벤트(101)가 여과지의 내부에 합류한 후 여과지의 상단으로 연장되게 설치될 수도 있다.

상기와 같은 벤트(100)를 여과지에 구성하여 하부수로(22)의 공기 배출을 유도함에 있어서, 역세수가 공기와 함께 배출되는 줄여 공기의 신속한 배출이 가능하도록 하는 방사형 분배기(110)와 스크류 세퍼레이터(120) 중 적어도 하나가 벤트(100)의 내부에 설치될 수 있다.

상기 방사형 분배기(110)는 벤트(100)의 입구측 내부에 설치되어 벤트(100)로 유입되는 역세수의 양을 줄이는 기능을 하는 것으로, 중심배관(111) 및 경사판(112)으로 구성될 수 있다.

상기 중심배관(111)은 벤트(100)를 형성하는 배관 보다 상대적으로 작은 내외경을 갖는 파이프로 이루어지며, 벤트(100)의 내측 중심부에 위치하도록 배치된다.

이와 같이 배치된 중심배관(111)에 의하면, 중심배관(111)은 벤트(100)의 내주면(100a)으로부터 이격된 외주면(111a)을 가지며, 중심배관(111)의 내부 공간 그리고 중심배관(111)의 외주면(111a)과 벤트(100)의 내주면(100a) 사이에 형성된 공간을 통해 공기 및 역세수가 벤트(100)의 내부로 유입될 수 있다.

상기 경사판(112)은 중심배관(111)을 벤트(100)에 고정하고 벤트(100)와 중심배관(111)의 사이 공간으로 유입되는 역세수를 횡방향 수로(23)로 되돌려 보내는 기능을 하는 것으로, 일측 단부가 중심배관(111)의 외주면(111a)에 고정되고 타측 단부가 벤트(100)의 내주면(100a)에 고정되어 중심배관(111)과 벤트(100)를 연결하며, 일정 각도 기울어진 자세를 갖도록 형성된다.

이와 같은 경사판(112)은 다수개가 중심배관(111)의 원주 둘레를 따라 분산되게 형성되어 방사형의 구조를 이루면서 중심배관(111)과 벤트(100)를 연결하도록 구성된다.

상기와 같은 방사형 분배기(110)에 의하면, 중심배관(111)과 벤트(100)의 사이 공간으로 유입되는 역세수의 일부를 경사판(112)이 반사하여 횡방향 수로(23)로 되돌려 보냄으로써 벤트(100)로 유입되는 역세수의 양을 감소시킬 수 있다.

상기 스크류 세퍼레이터(120)는 슬리브(25)로부터 여과지의 상단으로 연장되게 형성된 벤트(100)의 높이방향을 기준으로 벤트(100)의 중간쯤에 설치되어 공기와 역세수를 분리하면서 역세수가 벤트(100)를 통해 배출되는 것을 다시 한 번 감소시키는 것으로, 나선형의 구조로 형성되어 공기는 중앙부를 통해 그대로 상부로 유동하고, 물은 나선형 구조에 흘러내리면서 횡방향 수로(23)로 반환되게 유도하도록 구성된다.

보다 구체적으로, 상기 스크류 세퍼레이터(120)는 수평방향으로 길게 연장되는 장방형의 단면 구조를 갖는 판재를 나선형의 구조로 감아 놓은 형상을 갖도록 이루어지며, 중앙부 공간을 통해 공기가 유동하도록 원통형의 구조를 갖도록 형성된다.

이와 같이 구성되는 스크류 세퍼레이터(120)는 원주 둘레가 벤트(100)의 내주면에 밀착된 채로 고정된다.

따라서 벤트(100)를 통해 공기 및 역세수가 상승하는 과정에서 공기는 스크류 세퍼레이터(120)의 중앙부 빈 공간을 통해 상부로 배출되고, 역세수는 스크류 세퍼레이터(120)의 나선형 부분에 충돌한 후 나선형의 스크류 세퍼레이터(120)를 타고 흘러내리게 된다.

상기와 같이 구성되는 스크류 세퍼레이터(120)에 있어서, 공기와 역세수를 보다 효과적으로 분리시킬 수 있도록 하기 위하여 스크류 세퍼레이터(120)는 하단부의 판재 폭(W1)이 상단부의 판재 폭(W2) 보다 작고, 판재 폭은 스크류 세퍼레이터(120)의 하단부로부터 상단부로 갈수록 점차적으로 증가하도록 형성되어 중앙부의 빈 공간이 원추형의 형태를 이루도록 한 것으로 구성될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 방사형 분배기(110)와 스크류 세퍼레이터(120)는 둘 다 벤트(100)에 설치되거나, 어느 하나만이 벤트(100)에 설치될 수 있으며, 마찬가지로 벤트(100)와 보조 벤트(101)에 모두 설치되거나, 벤트(100)와 보조 벤트(101) 중 어느 하나에만 설치될 수 있다.

한편 본 발명에 따른 여과지는 종방향 수로(24)와 횡방향 수로(23)의 굽어진 경계영역에서 역세수가 종방향 수로(24)로부터 횡방향 수로(23)로 자연스럽게 유입되는 환경을 조성함으로써, 공기가 횡방향 수로(23)의 천장(22a)에 안정적으로 밀집되고, 밀집된 공기가 역세수의 흐름에 의해 흩어지면서 역세수와 함께 연결수로(64)로 유입되는 것을 방지하기 위한 베플(130)을 더 포함한다.

상기 베플(130)은 고정부(131)와 포말방지형 날개부(132)로 구성되며, 횡방향 수로(23)의 천장(22a)과 종방향 수로(24)의 안쪽 내측벽(24a)이 만나는 지점에 위치하도록 설치된다.

보다 구체적으로, 상기 고정부(131)는 수직한 자세의 판재로 형성되어 베플(130)의 상단부를 형성하도록 이루어지며, 종방향 수로(24)의 안쪽 내측벽(24a)에 밀착된 채로 앵커볼트와 같은 체결구에 의해 안쪽 내측벽(24a)에 고정된다.

상기 포말방지형 날개부(132)는 고정부(131)의 아래쪽에 일체형의 구조로 형성되어 베플(130)의 하단부를 형성하도록 이루어지되, 역세수의 흐름방향을 따라 원호의 형태로 굽어지며, 오목한 면이 횡방향 수로(23)의 천장(22a)과 마주하는 구조를 갖도록 형성된다.

이와 같이 고정부(131)와 포말방지형 날개부(132)로 이루어지는 베플(130)은 하부수로(22)의 좌측 내벽으로부터 우측 내벽으로 연장되면서 하부수로(22)를 횡단하도록 형성된다.

한편, 본 발명에 따른 여과지에는 종방향 수로(24)를 통해 유입되는 역세수의 낙차로 인해 발생되는 와류를 최소화하여 하부수로(22)의 관내 유동을 안정적으로 유지시킬 수 있도록 하는 다수의 스테이지(140)가 더 포함될 수 있다.

상기 스테이지(140)는 종방향 수로(24)의 내측벽으로부터 수로의 안쪽 방향으로 돌출되는 구조를 가지며, 다수개의 스테이지(140)가 내측벽에 분산된 구조로 설치된다.

보다 구체적으로, 상기 스테이지(140)는 대략 수평한 자세를 갖는 판재로 이루어지되, 일측 단부가 종방향 수로(24)의 내측벽에 고정되게 설치되고, 타측 단부는 종방향 수로(24)의 안쪽에 위치하면서 자유단을 형성하도록 구성된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스테이지(140)는 종방향 수로(24)의 안쪽 방향으로 향하여 하향 경사진 자세를 갖도록 기울어지게 형성된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다수의 스테이지(140)는 종방향 수로(24)의 마주하는 두 내측벽에 분산되게 형성되며, 두 내측벽에 분산되게 형성되는 다수의 스테이지(140)는 서로 높이차를 두고 엇갈린 구조로 형성된다.

참고로, 도 5에는 다수의 스테이지(140)가 종방향 수로(24)의 안쪽 내측벽(24a)과 바깥쪽 내측벽(24b)에 분산된 채로 서로 엇갈리게 형성된 구조가 도시되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지는 토목공사를 통해 정수거, 중앙수로(20), 원수거(30), 퇴수거(40), 셀(50)을 포함하는 구조물을 건설하고, 다수의 유공블록으로 이루어진 하부집수장치(60)와 여층(70) 및 트러프(80)를 셀(50) 내부에 설치하며, 공기유입관(61)과 역세수유입관(62) 및 정수유출관(63)을 적절한 위치에 설치하는 등 종래 자기역세형 여과지를 시공하는 것과 동일한 방법을 통해 시공될 수 있다.

다만, 본 발명에 따른 여과지의 시공방법은 여과지를 시공함에 있어서, 횡방향 수로(23)의 천장(22a)으로부터 여과지의 상단으로 연장되는 벤트(100)와 보조 벤트(101) 중 적어도 하나를 설치하여 횡방향 수로(23)의 천장(22a)에 밀집되는 공기가 외부로 배출되게 하는 환경을 조성하는 공정이 더 포함된다.

또한, 본 발명에 따른 여과지의 시공방법은 종방향 수로(24)의 내측벽에 다수의 스테이지(140)를 분산되게 설치하는 공정이 더 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 여과지의 시공방법은 벤트(100)의 안쪽에 방사형 분배기(110)와 스크류 세퍼레이터(120)를 설치하는 공정이 더 포함될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지에서 이루어지는 원수의 여과공정과 역세공정은 종래 자기역세형 여과지와 동일한 방식으로 이루어지므로 이에 대한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명에 따른 여과지의 경우, 역세공정의 진행을 위한 지배수 과정에서 여과지의 수위가 하강과 더불어 종방향 수로(24)의 수위가 낮아지면서 종방향 수로(24)의 상단부에 공기가 체류하게 되고, 이와 같이 종방향 수로(24) 상단부에 체류하는 공기는 물 단독 역세척과정에서 역세수와 함께 횡방향 수로(23)로 유입된다.

즉, 종방향 수로(24)의 상단부에 체류하는 공기는 종방향 수로(24)의 내부가 역세수로 채워진 만관상태에서 역세수의 흐름을 따라 횡방향 수로(23)로 유입되며, 횡방향 수로(23)로 유입되는 공기는 횡방향 수로(23)의 내부로 일정 거리까지(임계점) 들어간 후 부상하면서 횡방향 수로(23)의 경사진 천장(22a)을 타고 횡방향 수로(23)의 입구측으로 유동하게 되며, 이러한 현상으로 인해 횡방향 수로(23)의 입구측 천장(22a)에는 많은 공기가 밀집되면서 공기층이 형성된다.

참고로, 도 11은 투명 아크릴로 만든 모형 여과지의 역세척과정에서 횡방향 수로의 천장에 공기층이 형성된 상태를 촬영한 사진으로, 횡방향 수로의 입구측 천장에는 많은 공기가 밀집되면서 공기층이 형성된 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 여과지의 경우, 횡방향 수로(23)의 입구측 천장(22a)에 벤트(100)가 설치되어 있으므로, 횡방향 수로(23)의 입구측 천장(22a)에 밀집되는 공기는 벤트(100)를 통해 여과지의 상단으로 배출된다. 따라서 공기층의 공기가 역세수와 함께 연결수로(64)로 유입되는 것을 방지하거나 줄일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 여과지의 경우, 횡방향 수로(23)의 천장(22a)과 종방향 수로(24)의 안쪽 내측벽(24a)이 만나는 지점에 베플(130)이 설치되어 있으며, 상기 베플(130)은 공기층이 형성된 횡방향 수로(23)의 입구측 천장(22a)의 주변 공간을 역세수가 유동하는 공간과 완전히 분리시켜 공기층의 공기가 역세수의 흐름에 의해 흩어지는 것을 방지하고, 이와 더불어 역세수가 종방향 수로(24)로부터 횡방향 수로(23)로 자연스럽게 흘러들어가도록 유도하여 종방향 수로(24)와 횡방향 수로(23)의 경계영역에서 와류나 난류가 발생되는 것을 감소시키게 된다. 따라서 횡방향 수로(23)의 입구측 천장(22a)에 형성된 공기층을 더욱 안정화시킬 수 있게 된다.

마찬가지로, 종방향 수로(24)에 설치된 다수의 스테이지(140)는 종방향 수로(24)를 통해 낙하하는 역세수가 지그재그 형태로 굴곡진 흐름을 형성하도록 유도하고, 이를 통해 역세수의 위치에너지를 효과적으로 감소시킴으로써 역세수의 급격한 낙하로 인해 포말이 형성되는 것을 방지하게 되므로, 공기가 역세수와 함께 연결수로(64)로 유입되는 것을 더욱 감소시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 횡방향 수로(23)의 천장(22a)에 형성된 공기층의 공기가 역세수에 의해 교란되어 역세수와 함께 연결수로(64)로 유입되는 것을 감소시킴으로써, 횡방향 수로(23)의 전단부(입구측)에도 연결수로(64)를 형성할 수 있게 되며, 이에 따라 횡방향 수로(23)에 3개 이상의 연결수로(64)를 분산된 구조로 형성하여 하수집수장치로 유입되는 역세수의 유속을 낮추고, 이를 통해 역세수의 균등분해효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 L자 형태의 하부수로(22)를 갖는 자기역세형 여과지에서 필연적으로 발생하는 공기층의 공기를 외부로 효과적으로 배출하는 환경을 조성하는 것과 함께 공기층의 공기가 역세수의 흐름에 의해 교란되면서 흩어지는 것을 방지하여 공기와 역세수와 함께 유공블록으로 공급되어 여재의 유실을 초래하는 것을 방지하는 매우 유용한 발명인 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 정수거 20: 중앙수로
21: 상부수로 22: 하부수로
22a: 천장 23: 횡방향 수로
24: 종방향 수로 24a: 안쪽 내측벽
25: 슬리브 30: 원수거
40: 퇴수거 50: 셀
60: 하부집수장치 61: 공기유입관
62: 역세수유입관 63: 정수유출관
70: 여층 80: 트러프
100: 벤트 100a: 내주면
101: 보조 벤트 110: 방사형 분배기
111: 중심배관 111a: 외주면
112: 경사판 120: 스크류 세퍼레이터
130: 베플 131: 고정부
132: 포말방지형 날개부 140: 스테이지

Claims (9)

1. 다수의 유공블록으로 이루어진 하부집수장치(60)가 바닥에 구성되고 상기 하부집수장치(60)의 상부에 여층(70)이 구성되며 상기 여층(70)의 상부에 다수의 트러프(80)가 분산되게 설치된 것으로 이루어진 셀(50); 퇴수거(40)를 향하여 하향 경사진 슬리브(25)에 의해 구분된 상부수로(21)와 하부수로(22)로 이루어지며 상기 셀(50)에 인접하여 형성되는 중앙수로(20); 외부 공기를 하수집수장치(60)로 공급하도록 설치되는 공기유입관(61); 상기 하부수로(22)에 연결된 역세수유입관(62); 및 상기 하부수로(22)에 연결된 정수유출관(63);을 포함하는 것으로 이루어지되, 상기 하부수로(22)는 상부수로(21)의 하부에 형성된 횡방향 수로(23)와 이 횡방향 수로(23)의 입구측에서 수직한 자세로 형성된 종방향 수로(24)로 형성되어 L자형 구조를 갖도록 이루어진 여과지에 있어서,
   역세척을 위한 지배수 과정에서 낮아지는 종방향 수로(24)의 수위로 인해 종방향 수로(24)의 상단부에 공기가 체류하고, 종방향 수로(24)의 상단부에 체류하는 공기가 물 단독 역세척과정에서 역세수의 흐름에 의해 횡방향 수로(23)로 유입되어 횡방향 수로(23)의 유입구 앞쪽의 경사진 천장 상단부에 밀집되면서 공기층을 형성하며, 상기 공기층을 형성하는 공기가 계속되는 역세수의 흐름 그리고 종방향 수로(24)와 횡방향 수로(23)의 경계영역에서 발생되는 유체의 와동에 의해 포말을 형성하면서 역세수와 함께 유공블록으로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 상기 횡방향 수로(23)의 천장(22a)으로부터 여과지의 상단으로 연장되게 설치되어 상기 공기층을 형성하는 공기의 배출을 유도하는 벤트(100)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 벤트(100)는 횡방향 수로(23)의 천장(22a) 중 횡방향 수로(23)의 입구측 천장(22a)으로부터 여과지의 상단으로 상승하는 구조로 연장되게 형성된 것을 특징으로 하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부수로(22)의 역세수가 유공블록으로 유입되도록 하부수로(22)와 유공블록을 연결하는 연결수로(64)는 3개 이상이 분산되게 형성되어 하부집수장치로 유입되는 역세수의 유속을 낮춰 균등분배 효율이 높아지게 한 것을 특징으로 하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 벤트(100)의 입구측 내부에는 방사형 분배기(110)가 더 설치되며,
   상기 방사형 분배기(110)는,
   벤트(100)의 중심부에 위치하되, 벤트(100)의 내주면(100a)으로부터 이격된 외주면(111a)을 갖고, 내부로 공기가 유동할 수 있도록 원통형의 구조로 형성된 중심배관(111); 및
   상기 중심배관(111)의 외주면(111a)으로부터 방사형의 구조로 돌출되어 벤트(100)의 내주면(100a)에 연결되면서 중심배관(111)을 벤트(100)에 고정하고, 일정 각도 기울어진 자세를 구비하여 중심배관(111)과 벤트(100)의 사이 공간으로 유입되는 역세수를 반사하여 횡방향 수로(23)로 되돌리는 다수의 경사판(112);으로 구성된 것을 특징으로 하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   공기와 함께 벤트(100)로 유입된 역세수가 더 이상 공기와 함께 유동하는 것을 방지하여 역세수가 공기와 함께 외부로 배출되는 것을 감소시키는 스크류 세퍼레이터(120)가 벤트(100)의 내부에 더 설치되며,
   상기 스크류 세퍼레이터(120)는, 수평한 일자형의 단면을 갖는 판재를 나선형의 구조로 감은 구조로 이루어지되, 중앙부에는 수직한 빈 공간이 형성되고, 외측 둘레는 벤트(100)의 내주면(100a)에 고정되게 설치되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   역세수의 흐름을 따라 횡방향 수로(23)로 유입되어 유동하는 공기가 횡방향 수로(23)의 입구측으로 되돌아가는 임계점의 수직 상부에서 횡방향 수로(23)의 천장(22a)으로부터 여과지의 상단으로 연장되게 설치되는 보조 벤트(101);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 횡방향 수로(23)의 천장(22a)과 종방향 수로(24)의 안쪽 내측벽(24a)이 만나는 지점에 위치하도록 설치되며, 역세수의 흐름방향을 따라 원호의 형태로 굽어지되, 오목한 부분이 횡방향 수로(23)의 천장(22a)과 마주하도록 형성되어 공기가 천장(22a)에 안정적으로 밀집되고 밀집된 공기가 흩어지는 것을 방지하는 포말방지형 날개부(132)가 구비된 베플(130);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 종방향 수로(24)의 내측벽으로부터 수로의 안쪽으로 돌출되는 다수의 스테이지(140);를 더 포함하되,
   상기 다수의 스테이지(140)는 종방향 수로(24)의 마주하는 두 내측벽에 분산되게 형성되며, 두 내측벽에 분산되게 형성되는 다수의 스테이지(140)는 서로 높이차를 두고 엇갈린 구조를 갖도록 형성되어 종방향 수로(24)를 통해 낙하하는 역세수의 위치에너지를 감소시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 유공블록형 하부집수장치가 적용된 여과지.
   
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