KR101049242B1 - 수처리용 여과기 및 그 산기관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 침지형의 분리막(immersed membrane)을 갖춘 분리막 모듈, 분리막 모듈의 직하에서 분리막에 세정공기를 분출하는 산기관(aeration tube)을 포함하는 수처리용 여과기에 관한 것으로, 자세하게는 산기관의 상부와 하부 중 적어도 한쪽에 산기구(aeration hole)를 산기관의 길이를 따라 다수 개 마련하되, 일렬로 배치하는 것이 아닌, 산기관의 중심을 기준으로 좌우로 나뉘어 있도록 배치함으로써 산기구에서 분출되는 세정공기가 분리막을 향하여 상승되는 과정에서 원수(처리 전의 물)의 흐름으로 인하여 한쪽으로 쏠리는 문제를 방지할 수 있는 수처리용 여과기에 관한 것이다.

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Description

수처리용 여과기 및 그 산기관{Filtering apparatus for treating water and aeration tube}

본 발명은 침지형의 분리막(immersed membrane) 및 이 분리막 세정장치를 포함하는 수처리용 여과기 및 그 산기관에 관한 것이다.

침지형의 분리막을 이용하여 원수(처리 전의 물) 중의 고형물을 분리하는 방법은 가열이나 상(狀)변화를 이용하는 분리법에 비하여 많은 장점이 있는데, 그 중의 하나는 분리막의 세공 크기에 따라 원하는 수질의 처리수를 안정적으로 얻을 수 있어 신뢰도가 높다는 점이다. 또, 분리막을 이용하는 분리방법은 가열 등의 조작이 불필요하므로 열이 부정적인 영향을 끼칠 수 있는 미생물 등을 이용하는 분리공정에 적용할 수도 있다.

이에 따라, 근래에 들어서는 순수와 음용수의 제조를 비롯하여 하수처리, 정화조에서 고액분리, 산업폐수 중의 부유물질 제거, 공업용수의 여과 등 다방면에서 분리막이 활용되고 있다.

침지형의 분리막을 이용하는 처리공정에서, 중요한 운전인자 중 하나는 바로 세정공기의 공급이다. 즉, 원수 중의 고형물을 분리하는 과정에서, 분리막은 오염이 진행되는데, 오염을 방지하기 위해서는 분리막에 세정공기를 분출, 분리막의 표면에 붙어 있는 이물질을 제거하여야 하는 것이다.

세정공기의 공급에는 다수 개의 산기관(aeration tube)이 이용되는데, 각 산기관은 분리막의 하측에 수평으로 눕혀져 있도록 설치되고, 그 상부에는 다수 개의 산기구(aeration hole)가 한 줄로 마련되어 분리막을 향하여 세정공기를 분출한다. 일반적으로, 분리막은 여러 개가 구비되고 산기구에서 분출되는 세정공기(즉, 공기방울) 및 이것에 의한 물의 흐름에 의하여 효과적으로 세정되도록 수직으로 배치된다. 산기관은 분리막과 평행하도록 배치된다.

그러나 위와 같은 산기관을 이용하면 원수가 처리되는 처리조 안에서 발생되는 원수의 흐름으로 인하여 산기관에서 분출되는 세정공기가 곧장 상승하지 못하고 한쪽으로 쏠려 분리막의 양쪽 면 중 한쪽의 경우 세정이 국부적으로 이루어지는 문제점이 있었다.(도 1 참조)(도 1에서, 도면부호 2는 분리막, 도면부호 4는 산기관) 즉, 분리막의 세정이 비효과적으로 이루어졌던 것이다.

또한, 원수 중의 고형물이 산기구를 통하여 산기관 내로 유입되는 것을 차단할 수 없어 이 유입되는 고형물에 의하여 관로의 폐색이 진행되는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 분리막 모듈의 분리막 세정을 보다 효과적으로 이룰 수 있는 수처리용 여과기 및 산기관을 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 서로 나란하도록 세워진 다수 개의 분리막을 갖춘 분리막 모듈과; 상기 분리막 모듈의 하측에 상기 분리막과 평행하도록 배치되고 상기 분리막에 세정공기를 분출하는 산기구를 가지는 다수 개의 산기관을 포함하고, 상기 산기관은 횡단면이 원형이며, 상기 산기관의 산기구는 다수 개 구비되고 상기 산기관의 상부와 하부 중 적어도 한쪽에 산기관의 중심라인을 기준으로 좌우로 나뉘어 위치하도록 상기 산기관의 길이를 따라 간격을 두고 배치된 수처리용 여과기가 제공된다.

여기에서, 상기 좌측의 산기구와 우측의 산기구는 교호하도록 배치될 수 있다. 그리고 상기 산기관은 상기 각 분리막의 직하에 하나씩 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수처리용 여과기는 상기 산기관의 산기구를 여닫는 산기구 개폐수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 횡단면이 원형이고 세정공기가 분출되는 산기구를 가지는 수처리용 여과기의 산기관에 있어서, 상기 산기구는 다수 개가 구비되고 상기 산기관의 둘레 한쪽과 이 맞은편 중 적어도 한쪽에 산기관의 중심라인을 기준으로 좌우로 나뉘어 위치하도록 상기 산기관의 길이를 따라 간격을 두고 배치된 수 처리용 여과기의 산기관이 제공된다.

또는, 본 발명의 실시예에 따르면, 횡단면이 원형인 외관 및 이 외관 속에 회전 가능하도록 삽입된 내관에 의하여 이중으로 구성되며, 상기 외관은 세정공기가 분출되는 산기구를 다수 개 가지되, 이 산기구는 상기 외관의 둘레 한쪽과 이 맞은편 중 적어도 한쪽에 산기관의 중심라인을 기준으로 좌우로 나뉘어 위치하도록 상기 외관의 길이를 따라 간격을 두고 배치되고, 상기 내관은 상기 외관의 산기구와 대응하는 산기구를 가지며, 상기 외관의 산기구는 상기 내관이 회전함에 따라 내관의 산기구와 일치되거나 불일치되면서 여닫히는 수처리용 여과기의 산기관이 제공된다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수처리용 여과기의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 수처리용 여과기(이하, 제1실시예라 한다)는 원수(처리 전의 물)의 처리공간을 제공하는 처리조(도시되지 않음)의 내부에 구비되는 직육면체 구조의 프레임(10), 이 프레임(10)에 의하여 형성되는 내부공간에 설치되고 다수 개의 분리막(침지형의 분리막)(22)을 포함하는 분리막 모듈(20), 이 분리막 모듈(20)의 분리막(22)을 세정하는 분리막 세정장치 등으로 이루어진다.

여기에서, 분리막 세정장치는 다수 개의 산기관(30)과 이 산기관(30)에 세정공기를 공급하는 세정공기 공급수단(도시되지 않음)을 포함하는데, 이들 중 산기관(30)은 분리막 모듈(20)의 하측에서 세정공기를 분출한다. 분리막 모듈(20)은 산기관(30)에서 분출, 상승하는 공기방울의 세정작용에 의하여 그 분리막(22)의 표면에 붙어 있는 이물질들이 제거된다. 분리막(22)은 서로 평행하도록 일정한 간격을 두고 수직으로 배치된다. 이 같은 배치구조는 분리막(22)을 수평으로 배치한 것보다 상승하는 공기방울에 의한 세정효과를 높일 수 있다.

도 3은 산기관(30)의 평면도이다. 산기관(30)은 각 분리막(22)의 바로 아래에 한 개씩 위치되고 수평으로 눕혀져 있되, 분리막(22)과 평행하게 배치된다. 이렇게 배치되는 산기관(30)은 도 3에 도시된 바와 같이, 그 횡단면이 원형이고 분리막 모듈(20)과 대향하는 상부에 세정공기가 분출되는 산기구(32)가 다수 개 마련된다.

산기관(30)의 산기구(32)는 산기관(30)의 중심라인(L)을 기준으로 좌우에 동일 개수씩 나뉘어 있고, 이 좌우의 것이 서로 대치하고 있도록 산기관(30)의 길이를 따라 일정한 간격을 두고 배치된다.

살펴본 바와 같이 구성되는 제1실시예에 따르면, 세정공기 공급수단으로부터 일정한 압력으로 제공되는 세정공기는 산기관(30)의 산기구(32)를 통하여 분출되는데, 이때 세정공기는 산기관(30)의 횡단면이 원형인 것과 산기구(32)가 산기관(30)의 상부 좌우에 위치된 점 때문에 수직으로 곧게 솟아오르지 않고 양쪽의 사선방향으로 솟아오르면서 분리막(22) 표면에 붙어 있는 이물질을 제거한다. 상승과정에 있는 세정공기는 처리조 안에서 흐르는 원수의 영향을 받는다. 그렇지만 원수는 일반적으로 분리막(22)에 대하여 수직으로 흐르고, 좌우의 산기구(32) 중 한쪽의 것에서 분출되는 세정공기는 흘러오는 원수를 향하여 솟아오르므로, 세정공기는 원수의 흐름에 의한 큰 쏠림 없이 상승, 분리막(22)의 양면에 도달한다.

한편, 제1실시예에서, 그 산기구(32)는 산기관(30)의 상부가 아니라 이 상부의 맞은편인 하부에 동일한 형태로 마련될 수도 있다. 이렇게 산기구(32)를 산기관(30)의 하부에 위치시키면, 세정공기는 하측 양쪽의 사선방향으로 분출된 뒤, 솟아오르는데, 상승과정의 세정공기는 산기관(30)의 상부에 산기구(32)를 위치시킨 경우와 마찬가지로 원수의 흐름에 의한 큰 쏠림 없이 분리막(22)의 양면에 도달한다.

제1실시예의 산기구(32)는 산기관(30)의 상부와 하부 중 어느 한쪽에만 마련되어야 할 이유가 없는 것인바, 산기관(30)의 상, 하부 모두에 마련될 수도 있다.

다음에서는, 제1실시예와 유사하게 구성되는 다른 실시예를 살펴보겠다. 참고로, 다른 실시예는 제1실시예와 비교하였을 때 다른 부분을 중심으로 설명하고, 도면의 경우에도 해당 부분만을 도시하기로 한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 수처리용 여과기의 주요 부분이 도 4a, 4b 및 5에 도시되어 있다. 도 4a와 도 4b는 횡단면도이고, 도 5는 평면도로, 여기에 도시 된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 수처리용 여과기(이하, 제2실시예라 한다)는 제1실시예와 비교하였을 때 기타 구성 및 그 작용효과는 모두 동일한 것에 대하여, 산기관(130)의 구성만이 상이하다.

제2실시예의 산기관(130)은 안을 세정공기 수송로로 하는 내관(132) 및 내관(132)의 바깥둘레를 감싸는 외관(134)에 의하여 이중구조를 가지도록 구성되고, 외관(134)은 주변의 구성물(예를 들어, 프레임)에 장착된다.

내관(132)과 외관(134)은 같은 중심을 가지며 그 직경이 일정한 일직선의 원형 파이프로 구성된다. 이에, 내관(132)은 외관(134) 속에서 회전할 수 있다. 물론, 필요한 경우, 내관(132)과 외관(134) 사이에는 내관(132)이 회전운동을 정확히 할 수 있도록 안내하는 안내수단이 마련될 수도 있고, 또 내관(132)과 외관(134)의 간격을 일정하게 유지하는 수단이 마련될 수도 있다. 예를 들어, 안내수단은 내관(132)(또는, 외관)의 바깥둘레를 따라 마련된 가이드 홈 및 이 가이드 홈에 끼워질 수 있게 외관(134)(또는, 내관)의 안쪽둘레에 마련된 돌기로 구성할 수 있는데, 바람직하게는, 가이드 홈의 경우에는 적어도 두 개 구비되어 서로 이격되도록 배치되고, 돌기의 경우에는 적어도 두 개를 한 조로 하며 가이드 홈에 끼워진 때 동일 간격을 두고 있도록 배치된다. 물론, 이와 같은 안내수단에서, 돌기는 간격유지수단으로의 기능을 하는 것인바, 곡면을 가지도록 형성하여 가이드 홈과 점접촉을 하게 한다면 이 가이드 홈과의 마찰을 줄일 수 있겠다.

내관(132)과 외관(134)은 모두 세정공기가 분출되는 산기구(133,135)를 다수 개씩 가진다. 외관(134)의 산기구(135)(이하, 외측 산기구라 한다)는 제1실시예의 산기구(32)와 동일하게 마련되므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다. 내관(132)의 산기구(133)(이하, 내측 산기구라 한다)는 외측 산기구(135)와 대응하여 내관(132)이 회전함에 따라 외측 산기구(135)와 일치하거나 불일치하도록 마련된다. 즉, 내측 산기구(133)는 외측 산기구(135)와 일치된 때 산기관(130)의 내외를 공간적으로 잇는 매개구멍으로서의 역할을 하는 것이다. 참고로, 내측 산기구(133)는 외측 산기구(135)와 동일하게 형성될 수도 있으나, 여기에서는 외측 산기구(135)와 마찬가지로 내관(132)의 둘레 한쪽에 두 줄로 마련하되, 나선형으로 배치하여 보았다.

내관(132) 안에는 임펠러(impeller)(136)가 적어도 하나 구비되는데, 이 임펠러(136)는 회전 가능한 내관(132)을 회전시키는 회전수단으로서의 역할을 한다. 임펠러(136)는 내관(132)과 일체로 형성되거나 결합되어 내관(132)의 속을 따라 수송되는 세정공기에 의하여 회전한다. 물론, 임펠러(136)가 회전되면 내관(132)도 회전된다.

살펴본 바와 같이 구성되는 제2실시예에 따르면, 내관(132)은 세정공기 공급수단으로부터 세정공기를 공급받고, 이 공급되는 세정공기에 의하여 임펠러(136)가 회전되면 이 임펠러(136)와 함께 회전한다. 내관(132)이 회전하기 시작하면, 외측 산기구(135) 각각은 내측 산기구(133)가 나선형으로 배치되어 있기 때문에 이 내측 산기구(133) 모두와 동시에 일치되지 않고 번갈아가면서 일치된다. 물론, 이에 따라 외측 산기구(135)에서는 세정공기가 번갈아가면서 분출된다.

이와 같은 세정공기 분출구조는 외측 산기구(135) 모두에서 세정공기가 지속적으로 분출되는 것이 아니라 각각의 외측 산기구(135)가 번갈아가면서 세정공기를 분출하기 때문에 에너지 소비량을 줄일 수 있다. 또, 어느 한 외측 산기구(135)의 관점에서 보면 세정공기의 분출이 주기적으로 이루어지므로, 공기방울의 크기는 더욱 커지게 되고, 분리막(도 2의 도면부호 22 참조)의 주변에서는 난류(turbulence)가 발생되어 우수한 세정효과를 담보할 수 있다.

또한, 부가적으로는 분리막을 세정하지 않을 시 외측 산기구(135) 모두를 내측 산기구(135)와 불일치시키면 외측 산기구(135)가 닫히는바, 원수 중의 고형물이 산기구(133,135)를 통하여 산기관(130) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 효과를 볼 수 있다. 이에 의하면, 내관(132)은 외측 산기구(135)를 여닫는 개폐수단으로서 기능함을 알 수 있다.

한편, 도면에 의하면, 제2실시예는 내측 산기구(133)가 두 줄인 것으로 나타나 있으나, 내측 산기구(133)는 한 줄일 수도 있고, 또는 슬롯(slot) 형상일 수도 있다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 수처리용 여과기의 주요 부분을 보인 평면도이다. 이 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 수처리용 여과기(이하, 제3실시예라 한다)는 제1실시예와 비교하였을 때 기타 구성 및 그 작용효과는 모두 동일한 것에 대하여, 산기구(232)의 배치구조만이 다소 상이하다.

제3실시예는 산기관(230)의 중심라인(L)을 기준으로 좌측에 위치하는 산기구(232)와 우측의 그것이 서로 교호하도록 배치된다. 즉, 제3실시예의 산기 구(232)는 지그재그로 배치되는 것이다. 이렇게 하면 세정공기를 상측 양쪽의 사선방향으로 분출할 수 있고, 제1실시예에 비하여 산기구(232)의 개수가 적으므로 에너지 절감 효과를 볼 수 있다.

한편, 제3실시예는 제1실시예를 기본으로 하는 것이 아닌, 제2실시예를 기본으로 하여 구성될 수도 있다. 물론, 제2실시예를 기본으로 하는 경우에는 외측 산기구(도 4a, 4b 및 5의 도면부호 135 참조)가 지그재그로 배치된다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자(본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자)에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

도 1은 일반적인 수처리용 여과기를 보인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수처리용 여과기를 보인 구성도이다.

도 3은 도 2에 도시된 산기관을 보인 평면도이다.

도 4a, 도 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 수처리용 여과기의 주요 부분을 보인 횡단면도이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 수처리용 여과기의 주요 부분을 보인 평면도이다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 수처리용 여과기의 주요 부분을 보인 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 프레임 20 : 분리막 모듈

22 : 분리막 30, 130, 230 : 산기관

32, 133, 135, 232 : 산기구 132 : 내관

134 : 외관 136 : 임펠러

Claims (6)

1. 서로 나란하도록 세워진 다수 개의 분리막을 갖춘 분리막 모듈과;

   상기 분리막 모듈의 하측에 상기 분리막과 평행하도록 배치되고 상기 분리막에 세정공기를 분출하는 산기구를 가지는 다수 개의 산기관을 포함하고,

   상기 산기관은 횡단면이 원형이며,

   상기 산기관의 산기구는 다수 개 구비되고 상기 산기관의 상부와 하부 중 적어도 한쪽에 산기관의 중심라인을 기준으로 좌우로 나뉘어 위치하도록 상기 산기관의 길이를 따라 간격을 두고 있되, 상기 좌측의 산기구와 우측의 산기구는 교호하도록 배치된 수처리용 여과기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 산기관은 상기 각 분리막의 직하에 하나씩 배치된 수처리용 여과기.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 산기관의 산기구를 여닫는 산기구 개폐수단을 더 포함하는 수처리용 여과기.
4. 횡단면이 원형이고 세정공기가 분출되는 산기구를 가지는 수처리용 여과기의 산기관에 있어서,

   상기 산기구는 다수 개가 구비되고 상기 산기관의 둘레 한쪽과 그 맞은편 중 적어도 한쪽에 산기관의 중심라인을 기준으로 좌우로 나뉘어 위치하도록 상기 산기관의 길이를 따라 간격을 두고 있되, 상기 좌측의 산기구와 우측의 산기구는 교호하도록 배치된 수처리용 여과기의 산기관.
5. 횡단면이 원형인 외관 및 이 외관 속에 회전 가능하도록 삽입된 내관에 의하여 이중으로 구성되며,

   상기 외관은 세정공기가 분출되는 산기구를 다수 개 가지되, 이 산기구는 상기 외관의 둘레 한쪽과 이 맞은편 중 적어도 한쪽에 산기관의 중심라인을 기준으로 좌우로 나뉘어 위치하도록 상기 외관의 길이를 따라 간격을 두고 있되, 상기 좌측의 산기구와 우측의 산기구는 교호하도록 배치되고,

   상기 내관은 상기 외관의 산기구와 대응하는 산기구를 가지며,

   상기 외관의 산기구는 상기 내관이 회전함에 따라 내관의 산기구와 일치되거나 불일치되면서 여닫히는 수처리용 여과기의 산기관.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 내관을 상기 외관 속에서 회전시키는 회전수단으로서 상기 내관의 내부에 이 내관을 따라 흐르는 세정공기에 의하여 상기 내관과 함께 회전하도록 구비된 임펠러를 더 포함하는 수처리용 여과기의 산기관.

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