KR101704864B1

KR101704864B1 - 에어레이터 장치 및 이를 포함하는 필터 시스템

Info

Publication number: KR101704864B1
Application number: KR1020130168826A
Authority: KR
Inventors: 김지혜; 푸팡자; 구영림; 민규홍; 안형욱; 황병국
Original assignee: 롯데케미칼 주식회사; 롯데첨단소재(주)
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2017-02-08
Also published as: EP2905065B1; US11524264B2; CN104741003A; US20150182919A1; EP2905065A1; CN104741003B; KR20150078946A

Abstract

본 발명은 에어레이터 장치 및 이를 포함하는 필터 시스템을 제공한다. 상기 에어레이터 장치는 내부공동을 형성하고, 적어도 하나의 측벽 및 상기 적어도 하나의 측벽과 연결된 상면부를 포함하는 하우징; 상기 내부공동 안에 형성되며 하단에서부터 상단까지 연장되어 제1 공동부 및 제2 공동부를 형성하는 제1 격벽; 및 상기 내부공동 안에 상기 제1 격벽과 제1 측벽 사이에 형성되어 상단에서부터 하단까지 연장되어 상기 제2 공동부의 제1 챔버 및 제2 챔버를 형성하는 제2 격벽;을 포함하며, 상기 하우징은 상기 제1 공동부와 연통되는 입구 개구부, 및 상기 제2 챔버와 연통되는 출구 개구부;를 포함하며, 상기 제1 격벽의 상단은 상기 상면부에서 이격되어 제1 개구부를 형성하고, 상기 제1 공동부 및 제2 공동부가 상기 제1 개구부를 통하여 서로 연통되고, 상기 제2 격벽의 상단이 상기 상면부와 연결되며, 상기 제1 챔버 및 제2 챔버가 상기 제2 격벽의 하단 하부에서 서로 연통되며, 상기 제2 챔버는 상면부로 갈수록 좁아지는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

에어레이터 장치 및 이를 포함하는 필터 시스템{AERATOR DEVICE AND FILTER SYSTEM INCLUDING THE SAME}

본 발명은 에어레이터 장치 및 상기 에어레이터 장치를 포함하는 필터 시스템 에 관한 것이다.

침지된 정수 필터는 하나 이상의 중공 섬유 막 번들을 포함하는 모듈이나 카세트로 구성될 수 있다. 물은 탈염, 수처리, 오수처리 및 물 재이용 등과 같은 방법으로 물을 여과하기 위하여 상기 섬유 막을 통하여 펌핑될 수 있다. 상기 섬유 막은 여과 목적에 따라 다양한 크기의 기공을 포함하는데, 상기 필터는 물이 상기 중공사 막 내로 유입되면, 여과된 오염물의 크기는 상기 기공의 크기보다 크기 때문에 통과하지 못하고 차단된다. 이러한 여과는 예를 들면, 나노여과(nanofiltration), 한외여과(ultrafiltration) 또는 정밀여과(microfiltration) 등과 같이 분류되며, 통상적인 기공의 크기는 0.001㎛ 내지 10㎛ 일 수 있다. 침지된 필터 내에서, 상기 섬유 막을 세정하기 위하여 기포(bubble)가 폭기될 수 있다.

막 필터를 세정하기 위한 에어레이터를 제공하기 위해 여러 가지 시도가 이루어져 왔다.

미국 공개특허 제2011/0198283호 및 국제 특허출원 제 WO 2008/153818호에는 에어레이터가 막 모듈 하단에 부착되고 막을 세정하기 위해 모듈의 섬유 번들 내부로 2-상의 유체의 흐름이 배출되는 구성이 개시되고 있다.

미국 공개특허 제2011/0049047호에는필터 모듈의 섬유 번들 내로 유입되는 배출 기포가 발생하는 도관(conduit)을 포함하는 에어레이터 구성이 개시되어 있다.

미국 등록특허 제8,038,882호에는 필터 모듈 내부로 유입되는 분출 기포를 위한 파이프 구조를 가지는 에어레이터 구성이 개시되어 있다. 상기 선행기술은 전술한 선행기술들과 유사하게, 상기 에어레이터 및 상기 필터 모듈이 일체형으로 된 구성을 개시하고 있다.

그러나 전술한 선행기술에서, 공기 공급 유닛은 확산되어 막 필터 내부로 유입되기 전에 챔버를 막게 되어 기체의 흐름속도를 감소시키며 챔버 내부의 슬러지의 퇴적을 유발할 수 있다. 또한 전술한 선행기술에서 상기 공기 공급 유닛은 상기 필터 모듈에 일체화되고, 따라서, 다른 필터 모듈의 다양한 형태에 적용되기 어렵게 된다. 뿐만 아니라, 전술한 선행기술에서의 상기 공기 공급 유닛의 내부 디자인은 파이프-타입의 구조를 가지고 있어 생산성이 낮은 문제가 발생할 수 있다.

본 발명자는 상기 단점을 개선하기 위하여 복수의 챔버를 갖는 에어레이터 장치를 개발한 바 있으나, 챔버에 공기방울이 잔류할 가능성이 제기되었다. 따라서, 포집된 공기를 전량 pulse 시킬 수 있는 에어레이터 장치의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 목적은 챔버 내 잔류하는 공기 방울 없이 포집된 공기가 전량 펄스(Pulse) 될 수 있는 에어레이터 장치를 제공하기 위한 및이다.

본 발명의 다른 목적은 분출된 가스 기포가 직접적으로 그리고 효율적으로 막 필터와 같은 필터를 세척하도록 형성하여 가스 기포의 재분배를 저하시키고 상기 가스 기포의 초기 에너지를 활용할 수 있어 고효율, 저에너지를 갖는 에어레이터 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 에어레이터 내부에 잔류하는 공기없이 강한 pulse에 의한 강한 세정효과를 갖는 에어레이터 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 지속적인 가스 공급을 간헐적인 가스 기포로 전환하여 낮은 에너지에서 고 세정 효율을 달성할 수 있는 에어레이터 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 공기 사용량과 작동 비용을 줄이면서 가스 공급 유닛으로부터 효율적인 폭기를 제공할 수 있는 에어레이터 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 슬러지의 축적이 감소되어 긴 시간 동안 보다 안정된 운전이 가능한 에어레이터 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 필터의 다양한 구성에 대응하고 이를 효율적으로 폭기하기 위해 직렬 또는 병렬로 결합 및/또는 확장될 수 있는 에어레이터 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단순한 구조를 가지기 때문에, 생산성이 향상되고 비용이 절감될 수 있는 에어레이터 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 에어레이터 장치를 포함한 필터 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 구체예에 따르면, 에어레이터 장치는 공기 저장, 공기 보유 및 기포 흐름에 대한 부분으로 나뉘어진 챔버를 포함한다. 장치로 유입되는 공기는 일정 시간 동안 유지한 후 상단 격벽의 출구 개구부를 통해 짧은 기간 내에 배출된다. 본 발명의 구체예에 따르면, 배출된 공기는 낮은 공기 소비로 막 필터와 같은 필터 세정을 위해 높은 공기 세정 효과를 제공한다.

본 발명의 한 구체예에 따르면 에어레이터 장치는, 내부공동을 형성하고, 적어도 하나의 측벽 및 상기 적어도 하나의 측벽과 연결된 상면부를 포함하는 하우징; 상기 내부공동 안에 형성되며 하단에서부터 상단까지 연장되어 제1 공동부 및 제2 공동부를 형성하는 제1 격벽; 및 상기 내부공동 안에 상기 제1 격벽과 제1 측벽 사이에 형성되어 상단에서부터 하단까지 연장되어 상기 제2 공동부의 제1 챔버 및 제2 챔버를 형성하는 제2 격벽;을 포함하며, 상기 하우징은 상기 제1 공동부와 연통되는 입구 개구부, 및 상기 제2 챔버와 연통되는 출구 개구부;를 포함하며, 상기 제1 격벽의 상단은 상기 상면부에서 이격되어 제1 개구부를 형성하고, 상기 제1 공동부 및 제2 공동부가 상기 제1 개구부를 통하여 서로 연통되고, 상기 제2 격벽의 상단이 상기 상면부와 연결되며, 상기 제1 챔버 및 제2 챔버가 상기 제2 격벽의 하단 하부에서 서로 연통되며, 상기 제2 챔버는 상면부로 갈수록 좁아지는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

한 구체예에서 상기 출구 개구부는 상면부를 통해 제2 챔버와 연통될 수 있다.

다른 구체예에서 상기 출구 개구부는 상기 제1 측벽의 상부에 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 격벽은 평면, 곡면 또는 다각면일 수 있다.

구체예에서, 상기 적어도 하나의 측벽은 한 쌍의 제1 대향측벽, 및 상기 제1 대향측벽에 연결되어 있는 한 쌍의 제2 대향측벽을 포함하고, 상기 제1 측벽은 제1 대향측벽의 제1 측벽이라할 때, 상기 제1 및 제2 격벽은 제2 대향측벽의 제1 측벽으로부터 제2 대향측벽의 제2 측벽에 이르기까지 연장되어 형성될 수 있다.

상기 출구 개구부는 제2 격벽의 너비방향과 평행하게 연장된 슬롯일 수 있다.

상기 에어레이터 장치는, 상기 제1 격벽의 하단과 제1 측벽을 연결하는 제3 격벽을 더 포함하고, 상기 제3 격벽은 상기 제2 격벽의 하단으로부터 이격되어 제2 개구부를 형성하고, 상기 제1 챔버와 제2 챔버는 상기 제2 개구부를 통하여 서로 연통될 수 있다.

상기 에어레이터 장치는, 액체 매질에 침지되고 가스가 입구 개구부를 통하여 제1 공동부에 공급될 때, 간헐적으로 출구 개구부로부터 가스 기포를 배출할 수 있다.

한 구체예에서 상기 제2 챔버는, 서로 대향하는 제2 격벽과 제1 측벽; 및 상기 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 한 쌍의 제2 서브 대향측벽을 포함하며, 상기 제2 격벽과 상기 제1 측벽은 서로 평행하고, 상기 제2 서브 대향측벽은 상면부로 갈수록 좁아지도록 기울어져 있다.

다른 구체예에서 상기 제2 챔버는, 서로 대향하는 제2 격벽과 제1 측벽; 및 상기 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 한 쌍의 제2 서브 대향측벽을 포함하며, 상기 제2 서브 대향측벽은 서로 평행하고, 상기 제2 격벽과 상기 제1 측벽은 상면부로 갈수록 좁아지도록 기울어져 있다.

구체예에서 상기 제2 챔버는, 서로 대향하는 제2 격벽과 제1 측벽; 및 상기 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 한 쌍의 제2 서브 대향측벽을 포함하며, 제2 격벽 상단, 제1 측벽 및 한 쌍의 제2 서브 대향측벽에 규정되는 상부 면적(A1)은 제2 격벽 하단, 제1 측벽 및 한 쌍의 제2 서브 대향측벽에 규정되는 하부 면적(A2) 보다 작다.

구체예에서 상기 상부 면적(A1)과 상기 하부 면적(A2)의 비율은 1: 1.5 내지 1: 10 일 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 필터 시스템에 관한 것이다. 상기 필터 시스템은 필터; 및 상기 필터 하부에 형성된 제1항 내지 제11항중 어느 한 항의 에어레이터 장치;를 포함하며, 상기 필터 및 에어레이터 장치는 액체 매질 중에 침지되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 필터는 섬유 막 필터를 포함하고, 상기 필터 시스템은 상기 섬유 막 필터를 통해 액체 매질을 흐르게 하는 펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 필터는 복수의 필터 모듈을 포함하고, 상기 에어레이터 장치는 복수의 에어레이터 유닛을 포함하며, 상기 복수의 에어레이터 유닛의 각 에어레이터 유닛은 복수의 필터 모듈의 각 필터 모듈 하부에 배치되어 형성될 수 있다.

본 발명은 챔버 내 잔류하는 공기 방울 없이 포집된 공기가 전량 펄스(Pulse) 될 수 있고, 분출된 가스 기포가 직접적으로 그리고 효율적으로 막 필터와 같은 필터를 세척하도록 형성하여 가스 기포의 재분배를 저하시키고 상기 가스 기포의 초기 에너지를 활용할 수 있어 고효율, 저에너지를 가지며, 에어레이터 내부에 잔류하는 공기없이 강한 pulse에 의한 강한 세정효과를 갖고, 지속적인 가스 공급을 간헐적인 가스 기포로 전환하여 낮은 에너지에서 고 세정 효율을 달성할 수 있으며, 공기 사용량과 작동 비용을 줄이면서 가스 공급 유닛으로부터 효율적인 폭기를 제공할 수 있고 슬러지의 축적이 감소되어 긴 시간 동안 보다 안정된 운전이 가능하며, 필터의 다양한 구성에 대응하고 이를 효율적으로 폭기하기 위해 직렬 또는 병렬로 결합 및/또는 확장될 수 있고, 단순한 구조를 가지기 때문에, 생산성이 향상되고 비용이 절감될 수 있는 에어레이터 장치 및 상기 에어레이터 장치를 포함한 필터 시스템을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 에어레이터 장치의 사시도이다.
도 2A는 상기 도 1의 A-A' 라인을 따라 도시된, 본 발명의 한 구체예에 따른 에어레이터 장치의 단면도이며, 도 2B는 본 발명의 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 단면도이고, 도 2C는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 단면도이며, 도 2D는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 단면도이고, 도 2E는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 단면도이다.
도 3A 내지 3E는 상기 도 1의 에어레이터 장치에서 간헐적으로 가스 기포가 생성되는 단계를 도시한다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 에어레이터 장치를 포함하는 필터 시스템의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 에어레이터 장치를 포함하는 필터 시스템 하부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 상부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 상부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 상부를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 사시도이다.
도 11은 실시예 1 및 비교예 1에서 플럭스 변화에 따른 TMP 상승률을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치의 사시도이다.

하기의 상세한 설명에서, 본 발명의 전형적인 구체예가 도면을 통하여 개시되고 상술된다. 해당 기술 분야에서의 통상의 기술자에 의할 때, 상기 구체예는 본 발명의 기술적 사상이나 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 다른 방법에 의하여 변형될 수 있다. 따라서, 상기 도면 및 설명은 사실상 설명을 위한 것이며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

도면에서 구성 요소 또는 특징은 과장되거나 생략될 수 있으며, 또한 설명의 편리 및 명확성을 위하여 개략적으로 설명될 수 있고, 그 크기는 실제 크기를 완전히 반영하지 않을 수 있다. 또한, 구성 요소의 설명에 있어서, 구성 요소가 다른 요소의 "상부"나 "하부"에 있을 때, 상기 요소는 직접적으로 다른 요소의 바로 상부나 하부에 있을 수 있거나, 혹은 개입 요소와 함께 간접적으로 위나 하부에 있을 수 있다. 또한, "상부"나 "하부"와 같은 용어는 도면과 함께 언급될 수 있으나, 방향에 관련된 것으로 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 각 구체예에서의 기능이나 측면에 관한 설명은 일반적으로 다른 구체예에서의 유사한 기능이나 측면에서도 활용 가능한 것으로 간주되어야 한다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 한 구체예에 의한 에어레이터 장치(10)는 한 쌍의 제1 대향측벽(22A, 22B), 상기 제1 대향측벽(22A, 22B)에 연결된 한 쌍의 제2 대향측벽(24) 및 상기 제1 대향측벽과 제2 대향측벽(22A, 22B, 24)에 연결되는 상면부(25)를 포함하는 하우징(20)을 포함하며, 상기 제1 대향측벽(22A, 22B), 제2 대향측벽(24) 및 상면부(25)에 의해 하우징(20)의 내부공동(30)을 형성한다. 구체예에서 상면부(25)는 측벽과 수직한 방향으로 상부에 위치한다. 상기 상면부(25)는 적어도 하나의 측벽을 상부에서 연결하기 위한 것으로 하우징의 덮개 혹은 천정을 구성할 수 있다. 도면에는 상기 상면부(25)가 평면으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 상면부(25)는 곡면, 다각면 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 상면부는 단차를 형성할 수 있다. 예를 들면 도 2C에 도시된 바와 같이 제1 공동부(32)와 제1 챔버(36)은 상면부(25A)가 제1평면에 형성되고 제2챔버(38)은 상면부(25B)가 제2평면을 형성하며, 상기 제1평면과 제2평면은 다를 수 있다. 예를 들면 상기 제1평면과 제2평면은 측면에 수직하게 형성되어 있을 수 있고, 제1평면과 제2평면이 서로 각도를 이룰 수 있다. 제1평면과 제2평면이 서로 각도를 이루는 경우 예를 들면 100~170도의 각도를 가질 수 있다.

또 다른 구체예에서는 상기 상면부는 단차를 형성하지 않고 경사면을 형성할 수 있다. 예를 들면 제1 대향측벽(22B)의 높이가 제1 대향측벽(22A)의 높이보다 상대적으로 높아 제1 대향측벽(22B)에서 제1 대향측벽(22A)에 이르기까지 연결되는 상면부가 경사를 가질 수 있다. 또는 제1 공동부(32)와 제1 챔버(36)를 연결하는 상면부(25A)는 바닥면과 평행한 반면, 제2챔버(38)의 상부에 형성된 상면부(25B)는 도 2D에 도시된 바와 같이 경사를 가질 수 있다.

또 다른 구체예에서는 도 2E 에 도시된 바와 같이 제2 격벽 상단(52)에서부터 제1 대향측벽(22A)까지 각도를 형성하지 않고 연결되어 경사면을 형성할 수 있다.

한 구체예에서, 상기 제1 대향측벽(22A, 22B)은 서로 평행하고, 상기 제2 대향측벽(24)은 서로 평행하며 상기 제1 대향측벽(22A, 22B)에 수직할 수 있다. 상기 하우징(20)은 육면체, 원통형 등의 형태를 가질 수 있다. 상기 하우징(20)은 금속, 플라스틱, 유리섬유, 세라믹 또는 기타 적합한 재료로 형성될 수 있다.

다른 구체예에서는 상기 제1 대향측벽(22A, 22B) 및 제2 대향측벽(24) 중 최소한 하나는 서로 평행하지 않고 기울어져 있을 수 있다.

상기 에어레이터 장치(10)는 상기 내부공동(30) 내에 하단(44)에서 상단(42)까지 연장된 제1 격벽(40)을 포함한다. 상기 제1 격벽(40)은 상기 제1 대향측벽(22A, 22B) 사이에 존재하고, 내부공동(30)에서 상기 제1 격벽(40)에 의해 제1 공동부(32)와 제2 공동부(34)를 형성한다. 상기 제1 격벽(40)의 상단(42)은 상기 상면부(25)으로부터 이격되어 개구부를 형성하고, 상기 개구부를 통하여 상기 제1 공동부(32)와 상기 제2 공동부(34)가 서로 연통한다.

상기 에어레이터 장치(10)는 상기 내부공동(30)에 상단(52)에서부터 하단(54)까지 연장되어 형성된 제2 격벽(50)을 더 포함한다. 상기 제2 격벽(50)은 제1 격벽(40)와 제1 측벽(22A) 사이에 형성되고, 상기 제2 격벽(50)에 의해 상기 제2 공동부(34)에 제1 챔버(36)와 제2 챔버(38)가 형성된다.

상기 제2 격벽(50)의 상단(52)은 상기 상면부(25)에 연결되고, 상기 제1 챔버(36) 및 상기 제2 챔버(38)는 상기 제2 격벽(50)의 하단(54) 하부에서 서로 연통한다.

상기 제2 챔버(38)는 상면부(25) 방향으로 갈수록 좁아지는 구조를 갖는다. 이처럼 하부에 비해 상부가 좁은 구조를 갖기 때문에 챔버 내에 잔류하는 기포 없이 포집된 공기 전량이 Pulse 될 수 있다.

한 구체예에서 상기 제2 챔버는, 도 1에 도시된 바와 같이 서로 대향하는 제2 격벽(50)와 제1 측벽(22A); 및 상기 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 한 쌍의 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)을 포함하며, 상기 제2 격벽(50)와 상기 제1 측벽(22A)은 서로 평행하고, 상기 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)은 상면부로 갈수록 좁아지도록 기울어져 있다. 이 경우 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)과 제2 대향측벽(24)은 서로 평행하지 않을 수 있다. 도면에는 제2 서브 대향측벽(124A, 124B) 모두가 기울어져 있는 것으로 도시하였으나, 이중 어느 하나만 기울어져 있을 수 있으며, 어느 경우든 제2 챔버(38)가 상면부(25) 방향으로 갈수록 좁아지는 구조를 가지면 무방하다.

다른 구체예에서 상기 제2 챔버(38)는, 도 2(B)에 도시된 바와 같이 서로 대향하는 제2 격벽(50)와 제1 측벽(22A); 및 상기 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 한 쌍의 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)을 포함하며, 상기 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)은 서로 평행하고, 상기 제2 격벽(50)와 상기 제1 측벽(22A)은 상면부로 갈수록 좁아지도록 기울어져 있다. 이 경우 제2 격벽(50)와 제1 격벽(40)이 평행하고 제1 측벽(22A)만 기울어져 제2 챔버(38) 상부가 좁아지도록 형성될 수 있고, 이와 반대로 제1 측벽(22A)이 제1 격벽(40)와 평행하고 제2 격벽(50)만 기울어져 제2 챔버 상부가 좁아지도록 형성될 수 있다. 또는 제2 격벽(50)와 제1 측벽(22A) 모두 기울어져 제2 챔버(38) 상부가 좁아지도록 형성될 수 있다. 이 경우 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)과 제2 대향측벽(24)은 서로 평행할 수 있다.

여기서 '기울어져'의 의미는 하우징 바닥에서 수직인 면과 평행하지 않다는 것을 의미한다.

상기 제2 챔버(38)는 서로 대향하는 제2 격벽(50)와 제1 측벽(22A); 및 상기 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 한 쌍의 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)을 포함하며, 제2 격벽 상단(52), 제1 측벽(22A) 및 한 쌍의 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)에 규정되는 상부 면적(A1)은 제2 격벽 하단(54), 제1 측벽(22A) 및 한 쌍의 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)에 규정되는 하부 면적(A2) 보다 작다. 구체예에서 상기 상부 면적(A1)과 상기 하부 면적(A2)의 비율은 1: 1.5 내지 1: 10, 바람직하게는 1 : 2 내지 1: 7 일 수 있다. 상기 범위에서 보다 강한 pulse 를 발생할 수 있어 세정효과가 우수하다.

한 구체예에서, 상기 에어레이터 장치(40)는 제1 격벽(40)의 하단(44)과 상기 제1 측벽(22A)을 연결하는 제3 격벽(55)을 더 포함한다. 제3 격벽(55)는 상기 제2 격벽(50)의 하단(54)으로부터 이격되어 형성되고, 상기 제2 격벽(50)의 하단(54) 하부에, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버가 연통하는 개구부를 형성한다. 또한 상기 제1 격벽(40), 상기 제2 격벽(50) 및 상기 제3 격벽(55)은 금속, 플라스틱, 유리섬유, 세라믹 또는 기타 적합한 재료로 형성될 수 있다.

한 구체예에서 상기 제1 격벽(40), 제2 격벽(50) 및 제3 격벽(55) 중 최소한 하나는 평면(substantially straight)일 수 있다. 이와 같이 평면 형태를 가질 경우 상기 에어레이터 장치(10)는 간단하고 쉽게 제작될 수 있다.

다른 구체예에서는 상기 제1 격벽(40), 제2 격벽(50) 및 제3 격벽(55) 중 최소한 하나는 곡면 또는 다각면을 가질 수 있다.

다른 구체예에서는 제3 격벽(55)은 천공되어 홀이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 홀을 통해 슬러지 등이 배출될 수 있다.

또한, 한 구체예에서, 상기 제1 격벽(40) 및 제2 격벽(50)은 상기 제2 대향측벽들(24) 중 하나로부터 제2 대향측벽들(24) 중 다른 하나에 이르기까지 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 격벽(40) 및 제2 격벽(50)은 상기 제1 대향측벽(22A, 22B)에 평행하게 연장될 수 있다.

한 구체예에서, 상기 하우징(20)은 상기 제1 또는 제2 대향측벽(22A, 22B 및 24) 중 적어도 하나의 측벽을 통하는 입구 개구부(60)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 한 구체예에서, 입구 개구부(60)는 제2 측벽(24) 중 하나에서 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되지는 않으며, 다른 구체예에서, 상기 입구 개구부는 제1 측벽(22A) 중 어느 하나 또는 상기 하우징의 하부와 같은 다른 위치에서 형성될 수 있고, 상기 입구 개구부는 제1 공동부(32)에 연통될 수 있다. 상기 입구 개구부(60)는 공기와 같은 가스가 제1 공동부(32)로 흘러 들어갈 수 있는 입구이다.

상기 하우징(20)은 또한, 상면부(25)를 통하여 형성된 출구 개구부(62)를 가지고 있고, 제2 챔버(38)로부터 에어레이터 장치(10) 밖으로 가스 기포를 방출하기 위해 상기 제2 챔버(38)와 연통한다. 한 구체예에서, 상기 출구 개구부(62)는 제2 격벽의 너비방향과 평행하게 연장된 슬롯일 수 있다. 여기서 제2 격벽의 너비방향은 대향측벽(22A, 22B)과 평행한 방향이다.

구체예에서, 상기 출구 개구부는 서로 대향하는 제2 격벽(50)과 제1 측벽(22A) 및 상기 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 한 쌍의 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)으로 둘러싸인 제2 챔버의 상면부(25)에 형성된다. 상면부가 도 2C 에 도시된 바와 같이 단차를 형성하면, 제2 챔버의 상면부(25B)를 구성하는 제2평면에 형성될 수 있다.

다른 구체예에서는 상기 출구 개구부(62)는 상기 제1 측벽(22A)의 상부에 형성될 수 있다. 도 12는 출구 개구부(62)가 상면부(25)가 아닌 제1 측벽(22A)의 상부에 형성된 것을 도시한 것이다. 상기 출구 개구부(62)의 위치는 제1 측벽(22A)의 상부 말단으로부터 제1 측벽(22A) 전체 길이의 15 % 이하의 지점에 형성될 수 있다. 도면에는 출구 개구부(62)가 슬롯 형태로 도시하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

또 다른 구체예에서는 상기 출구 개구부(62)는 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 최소한 하나의 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)에 형성될 수 있다.

도 3A 내지 3E에 의하면, 상기 에어레이터 장치(10)의 간헐적인 가스 기포 생성 단계가 개시된다. 상기 에어레이터 장치(10)는 여과될 물과 같은 액체 매질 상에 침지되어 있다.

도 3A에 의하면, 가스(70)가 입구 개구부(60)를 통하여 상기 에어레이터 장치(10)의 상기 내부공동(30)에 공급된다. 상기 입구 개구부(60)는 상기 하우징(20)의 상기 대향측벽(22A, 22B) 중 적어도 어느 하나를 통하여 상기 하우징(20)에 직접적으로 연결될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 한 구체예에서, 상기 가스는 공기일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 다른 구체예에서, 상기 가스는 다른 적합한 가스일 수 있다. 한 구체예에서, 상기 가스(70)는 일정한 속도로 지속적으로 공급될 수 있다.

또한, 도 3B에 의하면, 상기 내부공동(30)의 상기 가스(70)의 양이 증가할수록, 상기 가스(70)는 상기 제1 공동부(32) 및 상기 제2 공동부(34)의 제1 챔버(36)의 상부로 올라가고, 그에 따라 제1 공동부(32) 및 제1 챔버(36)에서의 액체 레벨이 낮아지게 된다. 즉, 상기 제1 공동부(32)는 가스 저장부이고, 상기 제1 챔버(36)는 가스 유지부이다.

또한, 도 3C에 의하면, 상기 제1 챔버(36)에서의 액체 레벨이 상기 제2 격벽(50)의 하단(54)보다 낮아질 때, 상기 가스(70)는 상기 제2 격벽(50)의 하단(54) 하부의 개구부를 통하여 상기 제1 챔버(36)로부터 상기 제2 챔버(38)로 이동한다. 상기 가스(70)는 상기 제2 챔버(38)를 통하여 상승하고, 상기 출구 개구부(62)를 통하여 가스 기포(72)로 배출된다. 이때, 제2 챔버(38)의 하단에 비해 상단이 좁기 때문에, 즉, 제2 챔버(38)의 상부 면적(A1)은 제2 챔버(38)의 하부 면적(A2) 보다 작기 때문에, 기포가 강한 pulse 를 형성시킬 수 있고, 짧은 시간에 상기 제1 챔버(36) 및 상기 제1 공동부(32)에서의 상기 대부분의 가스(70)는 출구 개구부(62)를 통하여 배출된다. 즉, 상기 제2 챔버(38)는 가스 기포 흐름부이다. 여기서 상부 면적(A1)은 제2 격벽 상단(52), 제1 측벽(22A) 및 한 쌍의 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)에 규정되고, 하부 면적(A2)은 제2 격벽 하단(54), 제1 측벽(22A) 및 한 쌍의 제2 서브 대향측벽(124A, 124B)에 규정된다.

도 3D를 참조하면, 상기 가스(70)는 사이폰 효과(siphon effect)에 의해 상기 제2 챔버(38)를 통하여 지속적으로 흘러가고, 상기 제1 공동부(32)에서의 상기 액체 레벨은 상승한다.

마지막으로, 도 3E에 의하면, 상기 액체 레벨은 둑으로 작용하는 제1 격벽(40)의 상단(42)에 도달할 때까지 상기 제1 공동부(32)에서 상승하고 상기 제1 격벽(40)의 상단(42) 위를 지나쳐 흐르며 제1 챔버(36)로 들어간다. 상기 도 3A에서 전술한 바와 같이, 입구 개구부(60)를 통하여 내부공동(30)으로 공급되는 상기 가스(70)는 상기 제1 공동부(32) 및 상기 제1 챔버(36)의 상부로 다시 상승하고, 상기 제1 공동부(32) 및 상기 제1 챔버(36)에서의 액체 레벨이 다시 낮아지는 원인이 된다. 이러한 상기 에어레이터 장치(10)의 가스 기포 생성 단계들은 계속 반복되고, 그에 따라 간헐적으로 단기간에 가스 기포 생성이 반복된다.

도 4 및 5에 의하면, 본 발명의 한 구체예에 따른 필터 시스템(100)은 상기 언급된 에어레이터 장치(110)를 포함한다. 한 구체예에서, 상기 에어레이터 장치(110)는 전술한 상기 에어레이터 장치(10)와 동일하거나 혹은 실질적으로 같은 구조를 가지고, 간헐적인 가스 기포 생산 기능을 갖는다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 다른 구체예에서, 상기 필터 시스템(100)은 본 발명의 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 한 구체예에 의하면, 상기 필터 시스템(100)은 상기 에어레이터 장치(110) 및 필터(120)를 포함한다. 한 구체예에서, 상기 에어레이터 장치(110)는 상기 필터(120) 하부에 장착되고, 그에 따라, 상기 에어레이터 장치(110)로부터 배출된 가스 기포(192)가 상기 필터(120)의 표면을 깨끗이 하기 위하여 상기 필터(120)의 부재들 사이 및 주변으로 상승할 수 있다. 한 구체예에서, 상기 에어레이터 장치(110)는 상기 필터(120)로부터 분리되고 이격되어 형성되고, 상기 에어레이터 장치(110)는, 상기 필터(120)의 효율적인 세정을 제공하도록, 상기 필터(120)에 가까운 곳에 위치할 수 있다. 한 구체예에서, 상기 에어레이터 장치(110)은 상기 필터(120)의 서브 모듈 혹은 부재들과 간격을 두고 형성될 수 있다. 상기 에어레이터 장치(110)는 하우징(112), 상기 하우징(112)의 내부공동으로 가스가 흘러가는 입구 개구부(114) 및, 가스 기포(192)가 상기 필터(120)로 상향 배출되는 출구 개구부(116)를 포함한다. 한 구체예에서, 상기 필터(120)는 중공 섬유, 플랫 시트 또는 다른 타입의 막과 같은, 하나 또는 그 이상의 섬유 번들을 포함하는 막 필터일 수 있다. 다른 구체예에서, 상기 필터(120)는 모래 필터와 같은 막 이외의 다른 유형일 수 있다. 그러나, 본 발명의 구체예는 이에 제한되지 않으며, 다른 구체예에서, 상기 필터(120)는 상기 에어레이터 장치(110)에 의해 폭기되는 다른 적합할 필터 장치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 필터 시스템(100)은 여과될 액체 매질에 침지될 수 있다. 상기 액체 매질은 물, 혼합액 등과 같은 세정될 어느 액체 매질일 수 있다.

한 구체예에서, 상기 필터 시스템(100)은 프레임(130), 하부 헤더(140) 및, 상기 필터(120)를 지탱하는 상부 헤더(150)를 더 포함한다. 또한, 상기 필터 시스템(100)은 에어레이터 장치(110)의 내부공동으로 가스가 들어가는, 에어레이터 장치(110)의 입구 개구부(114)에 연결된 가스 공급원(160)을 포함한다. 상기 입구 개구부(114)는, 상기 하우징(112)의 측벽을 통하여 하우징(112)에 직접 연결되거나, 혹은 예를 들면, 하우징의 바닥부와 같은, 상기 하우징의 다른 부분에 직접 연결될 수 있다. 또한, 한 구체예에서, 상기 필터 시스템(100)은 상기 필터(120)로부터 세정된 액체를 제거하는 액체 출구(170)를 포함할 수 있다. 상기 액체 출구(170)는 펌프(180)에 연결되거나 혹은 상기 필터(120)로부터 세정된 액체가 흐를 수 있는 다른 적합한 장치에 연결될 수 있다.

상기 에어레이터 장치(110)는 단일 혹은 복수로 형성될 수 있다. 예를 들면 상기 에어레이터 장치(110)는 에어레이터 유닛이 직렬 혹은 병렬로 배열될 수 있다. 여기서, 상기 에어레이터 유닛은 출구개구부가 단일로 형성된 에어레이터 장치(10)를 의미한다.

구체예에서 상기 필터(120)는 복수의 필터 모듈을 포함하고, 상기 에어레이터 장치(110)는 복수의 에어레이터 유닛이 배열되어 형성할 수 있다. 이 경우 상기 복수의 에어레이터 유닛의 각 에어레이터 유닛은 복수의 필터 모듈의 각 필터 모듈 하부에 배치되어 형성될 수 있다.

하나의 구체예에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 각 에어레이터 유닛(310) 각각은 각 출구 개구부(62)를 갖고, 상기 각 에어레이터 유닛은 제1 방향으로 서로 배열될 수 있다. 이 경우, 하나의 에어레이터 유닛의 제1측벽(22A)는 이웃하는 에어레이터 유닛의 대향측벽(22B)과 대향할 수 있다.

다른 구체예에서는 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 각 에어레이터 유닛(310)의 제2 대향측벽(24)이 서로 대향하며 배열될 수 있다. 이 경우, 각 에어레이터 유닛(310)의 각 출구 개구부(62)가 동일한 방향으로 일렬로 배열될 수 있고, 서로 다른 방향으로 교호로 배열될 수 있다. 도 7 은 하나의 에어레이터 유닛의 제2 대향측벽(24A)이 이웃하는 에어레이터 유닛의 대향측벽(24A)과 대향하여 옵셋배열된 것을 도시한 것이며, 도 8은 하나의 에어레이터 유닛의 제2 대향측벽(24A)이 이웃하는 에어레이터 유닛의 대향측벽(24B)과 대향하여 일렬 배열된 것을 도시한 것이다.

또 다른 구체예에서는 도 9에 도시된 바와 같이 옵셋배열된 복수의 에어레이터 유닛이 복수의 행으로 배열될 수 있다.

본 발명에 따른 에어레이터 장치의 구체예가 직사각형 혹은 상자 형태 모양의 하우징을 갖는 것으로 상기 언급되었지만, 본 발명이 이에 제한되지는 않는다. 예를 들면, 도 10에 의하면, 본 발명의 다른 구체예에 따른 에어레이터 장치(10)는 원통형 하우징(20)을 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 구체예에서, 에어레이터 장치는 각기둥형, 각뿔형, 돔형, 각뿔대, 원뿔대 등 다른 적합한 형태를 갖는 하우징을 포함할 수 있다. 이 경우 격벽은 평면, 다각면 혹은 곡면으로 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

실시예

실시예 1

호기성조 내부에 농도가 8,000 내지 10,000 mg/L인 혼합 액체를 준비하였다. 3개의 막 모듈이 설치된 막 탱크 내부로 상기 혼합 액체를 펌핑하였다. 각각의 막 모듈의 표면적은 약 24㎡ 이며, 시험된 막의 총 면적은 72㎡ 이었다. 상기 막 모듈의 하부에 도 1에 도시된 에어레이터를 장착하였다. 작동 프로토콜은 작동 플럭스 및 각각의 여과 사이클을 14.5분의 여과 공정에 0.5분의 역세 및 폭기(backwash plus air scouring) 공정을 포함하여 15분 동안 유지하도록 설정하였다. 각 플럭스 속도당 두 사이클이 수행된다. 상기 플럭스 속도는 다음 단계의 값에서 변화되었다. 상기 작동은 하나의 여과 사이클 동안에 실질적인 투과도가 저하되거나, 기준 이상의 막간차압(TMP) 상승이 인식되면 중지되었다. 주입 공기 유량은 0.13 m3/m2/hr로 하였으며, 3일의 가동시간 동안 공기 소비량과 TMP 상승률을 측정하여 표 1 및 도 11 에 나타내었다.

비교예 1

제2 챔버가 상면부로 갈수록 좁아지는 구조를 갖지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일 크기의 에어레이터를 적용하여 동일 조건에서 실시하였다.

	제2챔버가 상부로 갈수록 좁아지는 구조 여부	Flux at 20 ℃ (LMH)	TMP상승률(kPa/day)
실시예 1	O	20	0
		30	0
		50	0.7
		55	0.9
		60	1.6
비교예 1	X	20	0
		30	0.1
		50	1.0
		55	1.5
		60	2.4

* Flux at 20 ℃= 실측 Flux x (η1/η0)

η1: 측정온도에서 물의 점도

η0: 20℃에서 물의 점도

상기 표 1 및 도 11에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 에어레이터 장치가 비교예 1의 에어레이터 장치에 비해 같은 공기 유량에서 TMP 증가율을 35%까지 감소시키는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기 구체예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구체예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims

내부공동을 형성하고, 적어도 하나의 측벽 및 상기 적어도 하나의 측벽과 연결된 상면부를 포함하는 하우징;
상기 내부공동 안에 형성되며 하단에서부터 상단까지 연장되어 제1 공동부 및 제2 공동부를 형성하는 제1 격벽; 및
상기 내부공동 안에 상기 제1 격벽과 제1 측벽 사이에 형성되어 상단에서부터 하단까지 연장되어 상기 제2 공동부의 제1 챔버 및 제2 챔버를 형성하는 제2 격벽;을 포함하며,
상기 하우징은 상기 제1 공동부와 연통되는 입구 개구부, 및 상기 제2 챔버와 연통되는 출구 개구부;를 포함하며,
상기 제1 격벽의 상단은 상기 상면부에서 이격되어 제1 개구부를 형성하고, 상기 제1 공동부 및 제2 공동부가 상기 제1 개구부를 통하여 서로 연통되고,
상기 제2 격벽의 상단이 상기 상면부와 연결되며, 상기 제1 챔버 및 제2 챔버가 상기 제2 격벽의 하단 하부에서 서로 연통되며,
상기 제2 챔버는 상면부로 갈수록 좁아지는 구조를 갖는 에어레이터 장치이고,
상기 에어레이터 장치는 가스가 상기 입구 개구부를 통하여 상기 제1 공동부에 공급될 때, 간헐적으로 상기 출구 개구부로부터 가스 기포를 배출하는 것을 특징으로 하는 에어레이터 장치.
제1항에 있어서, 상기 출구 개구부는 상면부를 통해 제2 챔버와 연통되는 에어레이터 장치.
제1항에 있어서, 상기 출구 개구부는 상기 제1 측벽의 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 에어레이터 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 격벽은 평면, 곡면 또는 다각면을 갖는 것을 특징으로 하는, 에어레이터 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 측벽은 한 쌍의 제1 대향측벽, 및 상기 제1 대향측벽에 연결되어 있는 한 쌍의 제2 대향측벽을 포함하고,
상기 제1 측벽은 제1 대향측벽의 제1 측벽이라할 때,
상기 제1 및 제2 격벽은 제2 대향측벽의 제1 측벽으로부터 제2 대향측벽의 제2 측벽에 이르기까지 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는, 에어레이터 장치.
제1항에 있어서, 상기 출구 개구부는 제2 격벽의 너비방향과 평행하게 연장된 슬롯인 것을 특징으로 하는, 에어레이터 장치.
제1항에 있어서, 상기 에어레이터 장치는, 상기 제1 격벽의 하단과 제1 측벽을 연결하는 제3 격벽을 더 포함하고,
상기 제3 격벽은 상기 제2 격벽의 하단으로부터 이격되어 제2 개구부를 형성하고,
상기 제1 챔버와 제2 챔버는 상기 제2 개구부를 통하여 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 에어레이터 장치.
제1항에 있어서, 상기 에어레이터 장치는, 액체 매질에 침지되는 것을 특징으로 하는, 에어레이터 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 챔버는,
서로 대향하는 제2 격벽과 제1 측벽; 및 상기 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 한 쌍의 제2 서브 대향측벽을 포함하며,
상기 제2 격벽과 상기 제1 측벽은 서로 평행하고,
상기 제2 서브 대향측벽은 상면부로 갈수록 좁아지도록 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 에어레이터 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 챔버는,
서로 대향하는 제2 격벽과 제1 측벽; 및 상기 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 한 쌍의 제2 서브 대향측벽을 포함하며,
상기 제2 서브 대향측벽은 서로 평행하고,
상기 제2 격벽과 상기 제1 측벽은 상면부로 갈수록 좁아지도록 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 에어레이터 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 챔버는,
서로 대향하는 제2 격벽과 제1 측벽; 및 상기 제2 격벽과 상기 제1측벽을 연결하는 한 쌍의 제2 서브 대향측벽을 포함하며,
제2 격벽 상단, 제1 측벽 및 한 쌍의 제2 서브 대향측벽에 규정되는 상부 면적(A1)은 제2 격벽 하단, 제1 측벽 및 한 쌍의 제2 서브 대향측벽에 규정되는 하부 면적(A2) 보다 작은 것을 특징으로 하는 에어레이터 장치.
제11항에 있어서, 상기 상부 면적(A1)과 상기 하부 면적(A2)의 비율은 1: 1.5 내지 1: 10 인 것을 특징으로 하는 에어레이터 장치.
필터; 및 상기 필터 하부에 형성된 제1항 내지 제12항중 어느 한 항의 에어레이터 장치;를 포함하며,
상기 필터 및 에어레이터 장치는 액체 매질 중에 침지되어 있는 것을 특징으로 하는, 필터 시스템.
제13항에 있어서,
상기 필터는 섬유 막 필터를 포함하고,
상기 필터 시스템은 상기 섬유 막 필터를 통해 액체 매질을 흐르게 하는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터 시스템.
제13항에 있어서,
상기 필터는 복수의 필터 모듈을 포함하고,
상기 에어레이터 장치는 복수의 에어레이터 유닛을 포함하며,
상기 복수의 에어레이터 유닛의 각 에어레이터 유닛은 복수의 필터 모듈의 각 필터 모듈 하부에 배치되어 형성된 것을 특징으로 하는, 필터 시스템.