KR101255374B1 - 침지형 평막모듈의 집수돌기 보강부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오폐수 처리 공정에 있어 막 결합형 생물학적 처리조(Membrane bio reactor, MBR)에 사용되는 평막 모듈의 구성 부재 가운데 장기 운전 시 파손이 발생하여 결함의 원인이 되고 있는 모듈 집수부 돌기(이하 집수돌기) 부위의 보강을 통하여 분리막의 수명을 연장시키기 위한 집수돌기 보강부에 관한 것이다.

본 발명에 의한 침지형 평막모듈의 집수돌기 보강부는, 평막단위체 및 모듈 프레임으로 구성된 침지형 평막모듈에 있어서, 상기 모듈 프레임의 상측 프레임에 설치된 집수돌기에 연결된 호스 외주면과 일정한 거리를 갖는 굴곡형태로 형성되어, 상기 상측 프레임의 상부에 상기 상측 프레임과 수평방향으로 상기 집수돌기를 중심으로 양쪽에 설치되고, 상기 상측 프레임과 수직한 방면은 개방 형태가 되는 것을 특징으로 한다.

평막, 모듈 프레임, 오폐수 처리장치, 침지형막, 평막모듈, 집수부, 돌기, 보강

Description

침지형 평막모듈의 집수돌기 보강부{Reinforcement of treated water outlet tap for submerged plane membrane module}

도 1은 종래 평막모듈의 제조과정을 설명하기 위한 사시도이고,

도 2는 종래 평막모듈의 분해도이고,

도 3은 종래 평막 모듈의 집수돌기와 연결된 호스를 나타내는 사시도,

도 4는 종래 평막 모듈의 집수돌기와 연결된 호스를 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명의 일실시예로서 집수돌기 보강부 단면도이고,

도 6은 본 발명의 일실시예로서, 본 발명에 의한 집수돌기 보강부가 적용되어 제작된 평판모듈의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

100: 평막단위체 110: 지지체

120: 부직포 130: 평 막

210: 양측 프레임 220: 상측 프레임

222: 집수돌기 230: 하측 프레임

240: 보조제 250: 연결 호스

300: 집수돌기 보강부

φ : 집수돌기의 직경 t : 평막 모듈의 두께

θ : 집수돌기의 중심과 보강부 양 말단이 이루는 각

D : 집수돌기의 중심과 보강부 말단의 거리

d : 집수돌기에 연결된 호스의 외주면과 보강부의 거리

본 발명은 수처리용 침지형 평막 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오폐수처리 등 처리수조 내에 침지되어 사용되는 침지형 평막 모듈에 있어서, 분리막에 의해 처리된 처리수를 집수관과 연결시키기 위해 주로 평막모듈의 상부에 설치되는 집수돌기 부위의 보강을 통해 종래의 평막 모듈에서 흔히 나타나는 집수돌기 부위의 파손을 방지하기 위한 침지형 평막모듈의 집수돌기 보강부에 관한 것이다.

일반적으로 기존 하수처리 공정의 경우 호기조 내에서 하폐수 중의 유기물과 영양염류를 섭취하여 성장한 미생물은 침전조에서 슬러지 형태로 침전되어 물과 분리 제거되는데, 처리공정의 운전 상태에 따라 침전성이 떨어질 경우 유출수의 수질을 유지하기 어렵게 된다.

이러한 문제를 해결하고자 침전조 대신 분리막에 의한 물리적 여과 공정을 도입한 것이 막결합형 생물반응조 공정이다. 이러한 막결합형 생물반응조 공정은 미생물과 처리수가 막을 통하여 물리적으로 분리되므로 일반 활성슬러지의 침전조 에서 빈번히 발생하는 슬러지 벌킹과 슬러지 유실 현상을 방지하고 미생물 농도를 고농도로 유지할 수 있어 충격부하에 강하며 처리수질이 안정적인 장점이 있다.

현재 오폐수처리 목적으로 사용되는 분리막은 대부분 침지형 평막과 중공사막이며 이중 중공사막은 넓은 비표면적을 갖는 반면, 머리카락 같은 협잡물에 의한 막손상의 위험과 막손상시 문제를 유발하는 정확한 부분을 확인하는 것이 어렵고, 유지보수 시에 일정 단위 이상의 분리막 모듈을 교체해야 하는 막교체 방식에 따라 유지관리비가 상승되어 현장적용성이 떨어지는 문제점을 갖고 있다.

이에 비하여 침지형 평막은 막의 손상 및 오염에 강하며, 유지 및 보수비용이 저렴한 관계로 중공사막에 비하여 현장적용성이 높은 것으로 알려져 있다. 그러나 평막모듈의 경우 중공사막에 비해 단위체적당 분리막 표면적이 작아 장치의 소형화에서 불리하고, 이의 개선을 위해 모듈 두께를 줄이는 과정에서 모듈부재의 물리적 안정성이 문제가 되는 경향이 있다.

오폐수 처리 등에 쓰이는 침지형 평막모듈은 크게 평막 및 평막의 지지체로 이루어진 평막단위체와 평막단위체의 주위에 모듈 형태를 유지하고 기계적 강도를 제공하는 동시에 유로 역할을 하는 모듈 프레임으로 구성되어 있다.

이하, 첨부 도면을 참고하여 종래 침지형 평막모듈의 문제점을 설명한다. 첨부 도 1은 종래 평막모듈의 제조과정을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 종래 평막모듈의 분해도이다.

상기 평막단위체(100)는, 막을 통과한 처리수가 유로까지 유입되도록 다수개의 유공이 외측 표면에 형성된 지지체(110)와, 흡입 압력에 의한 평막과 지지체의 밀착을 방지하기 위해 상기 지지체의 외측으로 두 겹으로 접혀 적층되는 스페이서용 부직포(120)와, 상기 부직포의 외측에 적층되는 수처리용 평막(130)으로 이루어진다.

상기 평막모듈은, 상기 평막단위체(100)의 양측변부에 끼워지는 양측 프레임(210), 상측변부에 끼워지며 집수돌기(222)가 형성되어 있는 상측 프레임(220), 하측변부에 끼워지는 하측 프레임(230) 및 모서리부에 접착되며 삼각판형인 한 쌍의 보조제(240)로 이루어진다. 막을 통과한 처리수는 유로를 형성하는 지지체(110)를 통해 상측프레임(220)에 모여지게 되며 최종적으로 집수돌기(222)와 연결된 호스(250)를 통해 처리수조로 이송된다.

도 3과 도 4는 종래의 평막 모듈 집수돌기와 연결된 호스를 나타내는 사시도와 단면도이다. 일반적으로 평막 모듈은 중공사막에 비해 동일 체적에서 막 표면적의 집적도가 낮기 때문에 복수의 모듈을 설치할 경우 단위 체적 당 막 표면적의 증가를 위하여 모듈간의 간격을 최소화 하는 것이 유리하다. 그러나 지나친 모듈간의 간격 축소는 산기를 통한 막 표면세정효과의 감소를 유발하여 빠른 막 오염으로 이어져 운전성능의 악화를 가져온다. 따라서 모듈과 모듈 사이의 간격은 최소한의 거리를 유지해야 하며, 일반적으로 상업화된 평막모듈 공정의 경우 8 mm ~ 10 mm의 간격을 유지하고 있다.

복수 모듈 설치 시 단위 체적 당 막 표면적의 증가를 위한 다른 방법으로는 평막 모듈 자체의 두께(t)가 최소화 되어야 한다. 그러나 모듈 두께(t)의 감소는 평막 모듈 자체 기계적 강도의 감소 뿐만 아니라 막을 통과한 처리수가 외부 처리수 저장조로 이송되기 위한 유로, 특히 집수돌기의 직경 감소를 유발하여 유로저항이 증가되고 집수돌기의 기계적 강도 저하를 초래한다. 따라서 단위 체적당 막 표면적 증가를 위해 평막 모듈의 두께(t)는 감소해야하고, 원활한 유로 확보 및 기계적 강도 확보를 위해 집수돌기부의 직경(φ)는 증가해야 하는 모순에 빠지게 된다.

따라서 평막 모듈의 두께(t)를 크게 늘리지 않으면서 집수돌기의 파손을 방지하기 위한 방안이 필요하게 되었다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 평막 모듈 상부에 형성된 집수돌기 주위에 집수돌기의 외주면을 따라 일정한 거리를 갖는 보강부를 설치하여 집수돌기와 연결 호스의 탈부착 시 발생 가능한 집수돌기의 손상을 최소화함으로써 집수돌기 파손의 가능성을 감소시키기 위한 집수돌기 보강부를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 침지형 평막모듈의 집수돌기 보강부는, 평막단위체 및 모듈 프레임으로 구성된 침지형 평막모듈에 있어서, 상기 모듈 프레임의 상측 프레임에 설치된 집수돌기에 연결된 호스 외주면과 일정한 거리를 갖는 굴곡형태로 형성되어, 상기 상측 프레임의 상부에 상기 상측 프레임과 수평방향으로 상기 집수돌기를 중심으로 양쪽에 설치되고, 상기 상측 프레임과 수직한 방면은 개방 형태가 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 집수돌기 보강부에서 상기 집수돌기에 연결된 호스 외주면과의 일정한 거리(d)가 0.5 mm 보다 크고 2.0 mm 보다 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 집수돌기 보강부의 양 말단과 집수돌기의 중심점이 이루는 각(θ)이 90도보다 크고 170도 보다 작은 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 양상은, 평막 단위체 및 모듈 프레임으로 구성된 평막 모듈에 있어서, 평막 모듈 상부에 위치하여 막을 통과한 처리수를 연결 호스를 통해 처리수조로 이송시킬 수 있도록 하는 집수돌기와 그 집수돌기 외주면을 따라 일정한 거리를 갖고 집수돌기의 양쪽에서 감싸는 모양으로 가공된 집수돌기 보강부로 구성된다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 다만 이러한 설명은 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시하게 하기 위함이지, 이로써 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명에 따른 상기 집수돌기 보강부(300)의 단면도이다. 상기 집수돌기 보강부는 집수돌기를 포함하는 평막 모듈의 상측 프레임(220)과 일체형으로 사출 성형하거나, 프레임과 동일 또는 다른 재질로 가공하여 접착할 수 있다. 그러나 제조공정의 편이성과 기계적 강도 면에서 일체형으로 사출 성형하는 것이 바람직하다.

상기 집수돌기 보강부(300)는 집수돌기(222)에 연결된 호스 외주면과 일정한 거리 d를 갖는 오목한 형태로 형성되어 평막 모듈의 상측프레임과 수평방향으로 상부 집수돌기(222)의 양쪽에 설치된다.

평막 모듈 상측프레임의 집수돌기부의 손상을 가져오는 주된 이유는 크게 두 가지이다. 막 결합형 생물학적 처리 공정에서는 장기간 운전에 따른 분리막의 오염을 최소화 하기 위해 운전 중 하부에서 공기를 주입함으로써 분리막에 오염물 층이 생성하는 것을 막고 있다. 이 과정 중 폭기에 의한 흔들림이 평막 모듈 프레임에 전달되고, 연결 호스부와 체결되어 있는 집수돌기에도 피로가 누적된다. 또한 폭기를 통한 운전을 한다고 해도 일정 운전시간이 경과하면 발생하는 막 오염을 제거하기 위해 주기적인 분리막 세정을 하게 된다. 이러한 유지 보수의 목적으로 집수돌기(222)와 연결된 호스(250)의 탈부착이 발생하게 되고 호스의 탈부착 시 집수돌기에 가해지는 힘에 의해 집수돌기의 손상이 발생할 수 있다. 이러한 집수돌기 손상 원인 중 주목해야 할 것은 집수돌기를 손상시키는 힘의 방향이 집수돌기의 인장방향, 즉 집수돌기를 잡아당기거나 누르는 방향으로의 힘 보다는 지렛대의 원리에 의 하여 집수돌기와 수직한 방향, 즉 집수돌기의 측면에 가해지는 힘에 의한 손상의 가능성이 크다는 것이다.

상기 집수돌기 보강부(300)는 집수돌기(222)의 외주면을 감싸게 되어 집수돌기와 연결된 호스(250)가 집수돌기의 측면방향으로 진동을 하거나, 호스의 탈부착시 집수돌기 측면방향으로 가해질 수 있는 움직임을 최소화 함으로써 집수돌기 파손의 가능성을 현저히 감소시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 집수돌기 보강부(300)와 집수돌기(222)에 연결된 호스(250) 외주면과의 거리(d)는 호스의 탈부착 시 간섭을 일으키지 않는 범위내에서 최소화 하는 것이 바람직하며, 집수돌기의 직경 및 호스의 두께에 결정되나 일반적으로 0.5mm ~ 2 mm의 범위가 적당하다. 거리(d)가 0.5mm 이하인 경우 유연한 호스의 두께변화에 의해 탈부착 시 간섭이 발생할 가능성이 높고, 2 mm 이상일 경우 일반적인 평막 모듈의 두께를 감안할 때 상측 프레임과 수직한 방면으로의 움직임에 대한 억제가 사실상 어렵기 때문이다.

상술한 바와 같이 집수돌기의 보강은 평막 모듈 두께의 증가를 최대한 회피하면서 이루어져야 하므로 상기 집수돌기 보강부는 상측 프레임과 수직한 방면은 개방한 형태로 설치된다. 이 때 설치된 보강부의 양 말단과 집수돌기의 중심점이 이루는 각(θ)는 집수돌기의 외주면을 감싸 상측 프레임(200)과 수직한 방면으로의 움직임을 억제할 수 있는 범위 이상이 되어야 한다. 즉, 상측 프레임(200)과 수직한 방향으로 집수돌기(222)와 연결된 호스(250)의 외주면이 이동할 때 보강부(300)의 말단이 호스의 외주면에 닿아 움직임을 막아야 하므로 이론적으로 집수돌기의 중심과, 보강부의 양 말단을 잇는 직선과 집수돌기의 중심이 수직으로 교차하는 점 까지의 거리(D')가 집수돌기의 중심으로부터 연결 호스의 외주면까지의 거리(R)보다 짧아야 한다. 이 때, 집수돌기의 중심과, 보강부의 양 말단을 잇는 직선과 집수돌기의 중심이 수직으로 교차하는 점 까지의 거리(D')와 집수돌기의 중심으로부터 연결 호스 외주면까지의 거리(R)은 아래의 수식과 같다

여기서, 상술한 바와 같이 집수돌기의 중심과, 보강부의 양 말단을 잇는 직선과 집수돌기의 중심이 수직으로 교차하는 점 까지의 거리(D')가 집수돌기의 중심으로부터 연결 호스의 외주면까지의 거리(R)보다 짧아야 하므로 최소 집수돌기의 외주면에 설치하여 집수돌기와 연결된 호스의 움직임을 억제하기 위한 최소한의 각 (θ)는 아래 식으로부터 구해 질 수 있다.

집수돌기 보강부의 설치형태에 따라 최적값이 변할 수 있으나 일반적으로 연결호스의 재질이 유연함을 고려할 때 θ는 90도보다 크고 170도보다 작은 것이 바람직하다. θ가 90도보다 작을 경우 상측 프레임과 수직한 방면의 움직임에 대한 억제가 어렵고, 170도 보다 커지면 평막 모듈 두께의 증가가 불가피하기 때문이다. 평막 모듈 두께의 증가를 최소화 하기위하여 150도 보다 작은 것이 더욱 바람직하다.

도 6에서는 본 발명의 일실시예로서의 집수돌기 보강부를 적용한 상측 프레임의 제작예를 도시하였다.

본 발명에 따른 평막 모듈은 상측 프레임에 설치된 집수돌기 주위에 보강부를 설치함으로써 집수돌기부의 측면방향으로의 움직임을 최소화하여, 막 결합형 생물학처리 공정 중 폭기에 의한 집수돌기부 흔들림에 의한 열화를 방지하고, 연결 호스의 탈부착 시 발생할 수 있는 집수돌기 측면방향으로의 충격을 방지함으로써 집수돌기 파손을 억제하여 평막 모듈의 수명을 연장하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 평막단위체 및 모듈 프레임으로 구성된 침지형 평막모듈에 있어서, 상기 모듈 프레임의 상측 프레임에 설치된 집수돌기에 연결된 호스 외주면과 일정한 거리를 갖는 굴곡형태로 형성되어, 상기 상측 프레임의 상부에 상기 상측 프레임과 수평방향으로 상기 집수돌기를 중심으로 양쪽에 설치되고, 상기 상측 프레임과 수직한 방면은 개방 형태가 되는 것을 특징으로 하는 침지형 평막모듈의 집수돌기 보강부.
2. 제 1항에 있어서, 상기 집수돌기 보강부에서 상기 집수돌기에 연결된 호스 외주면과의 일정한 거리(d)가 0.5 mm 보다 크고 2.0 mm 보다 작은 것을 특징으로 하는 침지형 평막모듈의 집수돌기 보강부.
3. 제 1항에 있어서, 상기 집수돌기 보강부의 양 말단과 집수돌기의 중심점이 이루는 각(θ)이 90도보다 크고 170도 보다 작은 것을 특징으로 하는 침지형 평막모듈의 집수돌기 보강부.

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