KR20120044594A - 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치에 관한 것으로서, 특히 일단에 송풍기가 설치되고, 생물반응조 내에서 분리막이 다단으로 설치된 분리막 프레임의 저면에서 일정 거리 이격되어 설치되는 산기 배관과; 상기 산기 배관과 상기 분리막 프레임의 사이에 설치되고, 상기 산기 배관에서 배출되는 공기를 확산시키는 확산 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 분리막 프레임과 산기 배관을 상호 분리시키고, 산기 배관의 분기관 상부에 공기 챔버를 형성하여 공기가 전체적으로 일정하게 분배되도록 하고, 산기 노즐 상부와 분리막 사이에 원추형태의 확산관을 설치하여 유속의 흐름을 빠르게 유도하여 송풍기의 압력 손실을 최소화할 수 있다.

Description

분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치{AIR DIFFUSER FORMING SEPARATED DIFFUSER FRAME AND AIR CHAMBER}

본 발명은 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 분리막 프레임과 산기 배관을 상호 분리시키고, 산기 배관의 분기관 상부에 공기 챔버를 형성하여 공기가 전체적으로 일정하게 분배되도록 하여 송풍기의 압력 손실을 최소화하고, 산기 노즐 상부와 분리막 사이에 확산관을 설치하여 유속의 흐름의 변화를 발생시켜 공기를 확산시켜 분리막의 성능을 향상시키도록 하는 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치에 관한 것이다.

일반적으로 분리막 기술은 고분자 재료의 물질 선택 투과 성질을 이용한 분리기술의 하나로 1960년대 미국에서 해수담수화 계획의 일환으로 역삼투공정 (reverse osmosis)이 개발되었다. 1970년경에는 고분자재질의 역삼투막과 모듈이 개발되었으며 그 후 다른 종류의 모듈들이 개발, 대량 생산이 이루어졌다. 막 분리 공정은 증류기술과는 달리 상변화가 없으므로 에너지를 절약할 수 있고 공정이 간단하므로 장치가 차지하는 공간이 적은 장점이 있다. 분리막은 역삼투압막(reverse osmosis membrane)을 중심으로 개발되었고 한외여과막(ultrafiltration), 정밀여과막(microfiltration), 나노여과막(nanofiltration)등으로 광범위하게 적용되고 있다.

기존의 분리막은 나권형(spiral wound), 관형(tubular), 중공사형(hollow fiber), 판틀형(plate and frame)등의 형식들이 있는데, 이중에서 중공사형은 중공사의 직경이 0.2?2mm이며 중앙이 비어있는 실관 형태이므로 중공사의 단위 부피당 막면적비가 다른 형식에 비해서 매우 커서 높은 생산성을 가지고 있으며, 다른 형식의 분리막은 분리막을 형성하는 고분자를 도포할 수 있는 지지체가 필요하지만 중공사형식의 분리막은 직경이 작으므로 자체적으로 형태를 유지할 수 있어서 별도의 지지체가 필요 없다는 장점을 가지고 있으나, 하나의 모듈로 만들어진 중공사막들 사이에 부유물질이 막의 표면에 부착되어 물의 흐름을 막을 수 있으며 막 오염에 약하고 일단 오염된 막은 세척하기가 어려워 막오염이 심한 공정에는 사용하기가 어렵고 강한 폭기나 외부의 충격에 절단될 수 있는 단점이 있다.

중공사형 분리막은 중공사막의 안에서 밖으로 여과되는 가압방식과 그 반대 방향으로 흡입하는 방식으로 사용할 수 있다. 그리고 오수 및 하수를 처리할 때 사용되는 활성슬러지법에 중공사막을 사용하는 방식도 외부에서 순환하는 방식(external type)과 생물 반응조내에 직접 모듈을 침지하는 방식(submerged type)이 있다. 외부순환형은 침지형에 비해서 에너지 소모가 큰 단점을 가지고 있다.

통상적으로 침지형 분리막 모듈을 이용한 MBR(Membrane Bio Reactor) 공정은 생물반응조 내에 분리막 모듈을 직접 침지시키고 분리막에 의한 고액분리를 통해 처리수만을 여과 배출하게 된다. 일반적으로 상온 상압 조건에서 물속에 동일한 공기량을 주입하였을 때, 물속에 용존 산소의 용해도는 기포의 비표면적에 의하여 좌우되며, 이에 기포가 미세할수록 비표면적이 크기 때문에 용존산소 용해도의 효율이 증가하며 에너지 손실이 절감되어 경제적이다.

한편 대부분의 MBR 공정에서 분리막 모듈을 생물반응조 내에 침지시킬 때 처리용량에 해당하는 분리막 모듈을 별도의 프레임에 설치 고정하여 제공한다.

이에 따라 분리막에 의한 여과는 분리막 모듈의 형태에 따라 상부집수 또는 양단집수의 과정을 거쳐 여과배관을 통해 처리수를 배출하게 되고, 분리막에 의한 고액분리시 분리막 표면의 수직방향으로 전단력을 발생시켜 분리막 표면에 부착되는 오염물질의 탈리작용과 반응조내의 미생물에 필요한 산소 공급을 위해 산기 배관을 통해 지속적인 공기주입이 이루어지게 된다.

종래의 기술은 상기의 여과배관 및 산기 배관을 분리막 모듈을 포함한 프레임과 별도로 설치하여 프레임에 부착시켜 사용되어 왔으나, 부착물로 인하여 프레임 구성이 복잡하게 되고, 설치 공간의 제약이 뒤따르게 된다.

또한, 분리막의 세정이나 파손에 의한 수리를 위해 생물 반응조 외부로 배출시킬 시 세정이나 수리 후 재침지시킬 때 부착물의 파손 우려가 발생하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인에 의해 대한민국 특허등록 10-0974912호(배관 일체형 분리막 프레임 구조물)와 특허등록 10-0932739호(명칭 : 산기 배관 일체형 분리막 프레임 구조물)가 출원되어 등록되었다.

이러한 배관 일체형 분리막 프레임 구조물은 산기 배관 일체형 분리막 프레임 구조물은 상단 프레임과, 하단 프레임과, 분기 프레임 및 수직 프레임으로 구성되어, 하단 프레임과 분기된 분기 프레임인 산기 배관에 복수의 산기노즐이 설치된다.

그러나, MBR 공정에서 분리막의 성능을 유지하기 위해 지속적인 공기를 제공하여 분리막을 세정하여 분리막 표면에 붙는 이물질을 제거하는 것이 중요한 데, 이러한 종래의 일체형 프레임 구조물은 분기 프레임에서 주입하는 공기가 전체적으로 일정하게 유지되지 않고, 배관 내 물의 저항에 의해 배관 말단으로 갈수록 공기량이 감소하고, 이로 인해 노즐에서 공기의 제대로 분사가 이루어지지 않아 막혀 결구 해당 부분의 분리막의 오염이 시작되어 분리막 전체로 확산되는 문제점이 있다.

또한, 분리막의 교환시 분리막이 설치된 분리막 프레임 구조물 전체를 상승시켜야 하는 데, 프레임이 일체로 구비되어 있기 때문에 무게가 무겁고, 부피가 커서 상대적으로 큰 인양장비를 필요로 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분리막 프레임과 산기 배관을 상호 분리시키고, 산기 배관의 분기관 상부에 공기 챔버를 형성하여 공기가 전체적으로 일정하게 분배되도록 하여 송풍기의 압력 손실을 최소화하고, 산기 노즐 상부와 분리막 사이에 확산관을 설치하여 유속의 흐름의 변화를 발생시켜 공기를 확산시켜 분리막의 성능을 향상시키도록 하는 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 산기 배관을 프레임에서 분리시켜 별도로 형성하여 프레임의 무게와 부피를 줄임으로써 유지 보수가 용이해지도록 하는 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

일단에 송풍기가 설치되고, 생물반응조 내에서 분리막이 다단으로 설치된 분리막 프레임의 저면에서 일정 거리 이격되어 설치되는 산기 배관과; 상기 산기 배관과 상기 분리막 프레임의 사이에 설치되고, 상기 산기 배관에서 배출되는 공기를 확산시키는 확산 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 산기 배관은 상기 생물반응조의 상단에서 송풍기와 연결되는 수평 배관과; 상기 수평 배관과 동일 직경을 가지며 상기 수평 배관에서 수직으로 연장되어 상기 생물반응조의 내측면에 설치되는 수직 배관과; 상기 수직 배관과 동일 직경을 가지며 T자 형태로 형성되고, 상기 수직 배관에서 수평하게 연장되어 상기 생물반응조의 바닥면에 설치되는 T형 배관; 및 상기 T형 배관의 일측면에서 수평 방향으로 배열되되, 상기 분리막과 분리막 사이에 배열되고, 각각의 상기 분리막의 저면 중심부와 대응되는 위치에 산기 노즐이 형성되는 분기 배관으로 이루어진다.

여기에서 또한, 상기 산기 배관은 상기 분기 배관이 연결되는 끝단에 상부를 폐쇄하여 공기 챔버를 형성하도록 공기층 형성판이 설치된다.

여기에서 또, 상기 산기 노즐은 상기 분기 배관의 바닥면 높이에서 수평하게 형성되고, 그 끝단이 수직으로 형성된다.

여기에서 또, 상기 확산 플레이트는 상기 분리막조의 크기와 대응되고, 상기 분기 노즐과 대응되는 위치에 상하부가 개방되며, 상단이 하단보다 넓은 형태의 복수의 확산관이 수직으로 설치된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치에 따르면, 분리막 프레임과 산기 배관을 상호 분리시키고, 산기 배관의 분기관 상부에 공기 챔버를 형성하여 공기가 전체적으로 일정하게 분배되도록 하고, 산기 노즐 상부와 분리막 사이에 원추형태의 확산관을 설치하여 유속의 흐름을 빠르게 유도하여 송풍기의 압력 손실을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 산기 배관을 프레임에서 분리시켜 별도로 형성하여 프레임의 무게와 부피를 줄임으로써 유지 보수가 용이해지도록 할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치가 분리막조 내에 설치된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치중 산기 배관의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치중 산기 배관의 T형 배관과, 분기 배관이 결합되는 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치의 확산 플레이트중 확산관의 구성을 나타낸 사시도이다.

이하, 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치가 분리막조 내에 설치된 모습을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 측단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치중 산기 배관의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치중 산기 배관의 T형 배관과, 분기 배관이 결합되는 상태를 나타낸 사시도이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치의 확산 플레이트중 확산관의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 1 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치(1)는, 산기 배관(10)과, 확산 플레이트(20)로 구성된다.

먼저, 산기 배관(10)은 수평 배관(11)과, 수직 배관(13)과, T형 배관(15)과, 분기 배관(17)으로 구성된다.

수평 배관(11)은 중공상의 사각 또는 원형 형태로 형성되고, 생물반응조(30)의 상단에서 송풍기(W)와 연결된다.

수직 배관(13)은 수평 배관(11)과 동일 직경을 가지며 수평 배관(11)에서 수직으로 일체로 연장 형성되고, 생물반응조(30)의 내측면에 설치된다.

T형 배관(15)은 수직 배관(13)과 동일 직경을 가지며 T자 형태로 형성되고, 수직 배관(13)에서 수평하게 연장되어 생물반응조(30)의 바닥면에 설치된다.

분기 배관(17)은 T형 배관(15)의 일측면에서 수평 방향으로 배열되되, 분리막(31)과 분리막(31) 사이에 배열되고, 각각의 분리막(31)의 저면 중심부와 대응되는 위치에 산기 노즐(17a)이 형성된다. 여기에서, 산기 배관(10)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 분기 배관(17)이 연결되는 끝단에 상부를 폐쇄하여 공기 챔버(17b)를 형성하도록 공기층 형성판(17c)이 설치되고, 산기 노즐(17a)은 분기 배관(17)의 바닥면 높이에서 수평하게 돌출 형성되고, 그 끝단이 수직으로 상승되도록 형성된다.

그리고, 산기 배관(10)의 T형 배관(15)은 분기 배관(17)의 양단에 설치되어 양측에서 분기 배관(17) 내로 공기를 유입시킬 수도 있다. 이때, T형 배관(15)이 분기 배관(17)의 양단에 설치되는 경우 수직 배관(13)이 설치되고, 수직 배관(13)이 수평 배관(11)과 보조 배관(미도시)을 통해 연계되는 것이 바람직하고, 별도의 송풍기를 통해 공기를 유입시킬 수도 있다.

그리고, 확산 플레이트(20)는 분리막조(30)의 크기와 대응되어 산기 배관(10)과 분리막 프레임(33)의 사이에 설치되고, 산기 배관(10)에서 배출되는 공기를 확산시키도록 분기 노즐과 대응되는 위치에 상하부가 개방되며, 상단이 하단보다 넓은 형태의 복수의 확산관(21)이 수직으로 설치된다. 여기에서, 확산관(21)은 도 5a에 도시된 바와 같이 상단이 넓고 하단이 좁은 원추 형태로 형성되거나 또는 도 5b에 도시된 바와 같이 상단부가 넓고, 중앙부가 좁고, 하단부가 상기 중앙부보다 넓되, 상단부보다 좁은 형태로 형성된다.

한편, 본 발명에 적용된 분리막 프레임(33)은 산기 배관(10)이 분리되고, 분리막(31)이 배열되며, 여과 펌프(P)를 통해 처리수를 배출시키는 여과 라인(35)과 연결되는 구조이다.

이하, 본 발명에 따른 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

분리막(31)의 상부는 여과 펌프(P)와 연결되어 분리막(31)을 통해 고액분리된 처리수가 분리막 프레임(33) 내에서 집수되어 여과 라인(35)을 통해 배출하게 된다.

이와 동시에, 송풍기(101)에서 발생되는 공기가 산기 배관(10)의 수평 배관(11)을 통해 유입되면, 공기는 수직 배관(13)과, T형 배관(15)을 따라 분기 배관(17)에서 분기되어 균등하게 공급된다.

이때, 분기 배관(17)의 공기층 형성판(17c)에 의해 분기 배관(17)의 공기 챔버(17b) 내에는 항시 공기가 존재한다.

그리하여 공기층 형성판(17c)보다 낮은 위치에 형성된 산기 노즐(17a)에 공기 챔버(17b)에서 발생한 압력에 의해 공기가 물과 함께 밀려 나가 내부의 슬러지 등이 배출된다.

또한, 산기 노즐(17a)에서 공기가 배출되면 배출된 공기는 산기 노즐(17a)의 상단에 근접하게 설치된 확산 플레이트(20)의 확산관(21)에 의해 유속의 흐름이 변화되면서 공기가 확산되고, 확산된 공기가 분리막(31)의 저면에서 골고루 분산된다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 산기 배관 11 : 수평 배관
13 : 수직 배관 15 : T형 배관
17 : 분기 배관 17a : 산기 노즐
17b : 공기 챔버 17c : 공기층 형성판
20 : 확산 플레이트 21 : 확산관

Claims (5)

1. 일단에 송풍기가 설치되고, 생물반응조 내에서 분리막이 다단으로 설치된 분리막 프레임의 저면에서 일정 거리 이격되어 설치되는 산기 배관과;
   상기 산기 배관과 상기 분리막 프레임의 사이에 설치되고, 상기 산기 배관에서 배출되는 공기를 확산시키는 확산 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 산기 배관은,
   상기 생물반응조의 상단에서 송풍기와 연결되는 수평 배관과;
   상기 수평 배관과 동일 직경을 가지며 상기 수평 배관에서 수직으로 연장되어 상기 생물반응조의 내측면에 설치되는 수직 배관과;
   상기 수직 배관과 동일 직경을 가지며 T자 형태로 형성되고, 상기 수직 배관에서 수평하게 연장되어 상기 생물반응조의 바닥면에 설치되는 T형 배관; 및
   상기 T형 배관의 일측면에서 수평 방향으로 배열되되, 상기 분리막과 분리막 사이에 배열되고, 각각의 상기 분리막의 저면 중심부와 대응되는 위치에 산기 노즐이 형성되는 분기 배관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 산기 배관은,
   상기 분기 배관이 연결되는 끝단에 상부를 폐쇄하여 공기 챔버를 형성하도록 공기층 형성판이 설치되는 것을 특징으로 하는 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 산기 노즐은,
   상기 분기 배관의 바닥면 높이에서 수평하게 형성되고, 그 끝단이 수직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 확산 플레이트는,
   상기 분리막조의 크기와 대응되고, 상기 분기 노즐과 대응되는 위치에 상하부가 개방되며, 상단이 하단보다 넓은 형태의 복수의 확산관이 수직으로 설치되는 것을 특징으로 하는 분리형 산기 프레임과 공기 챔버를 구비하는 산기 장치.

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