KR102607518B1 - 산기장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 산기장치는 내측에 버퍼공간이 형성되며, 외측에는 수직방향으로 천공된 복수개의 산기공이 길이방향으로 서로 엇갈리게 배치된 상면부; 상기 상면부의 일측에서 연결되며, 수직 방향으로 연장된 우측면부; 상기 정면부에 대향되며, 상면부와 연결되어 수직 방향으로 연장된 좌측면부; 상기 상면부 길이방향 끝단에 형성되고, 일측에 공기공급구가 형성된 정면부; 및 상기 정면부와 대향되고, 상기 상면부에 연결되며, 일측에 공기배출공이 형성된 후면부;를 포함한다.

Description

산기장치{AERATOR APPARATUS}
본 발명은 산기장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 침지식 분리막의 하부에 설치되어 분리막의 폐색을 방지하지 위한 산기장치에 관한 것이다.
침지식 분리막을 적용하는 막여과 하·폐수처리 공정에서는 미생물반응조 또는 원수탱크의 오염물이 분리막 표면에 부착되거나 슬러지가 침적되어 분리막을 오염시킬 수 있다.
이를 방지하기 위해 분리막 하단에는 산기장치를 설치하고 공기를 주입하여 표면의 오염물을 탈착하도록 한다.
통상 산기장치는 원형 파이프 형태를 기반으로 하며, 복수개의 구멍이 일정간격으로 천공되어 분리막 전체에 기포가 분산되도록 한다.
원형의 파이프 형태를 갖는 산기장치는 관내의 슬러지 축적을 방지하기 위해 슬러지 배출홀이나 엘보 형태의 배관을 추가하는데, 배출홀이 없는 부분에 슬러지가 침적되고, 배관이 길어지는 경우 슬러지를 밀어서 탈착시킬 정도의 공기가 공급되기 힘든 문제가 있다.
본 발명과 관련된 배경기술로 대한민국 공개특허공보 제 10-2017-0104005호에서 산기 장치와 그 운전 방법, 및 수처리 장치를 개시한다.
본 발명의 목적은 침지식 분리막 하부에 설치되어 분리막의 오염을 방지하는 산기장치에 있어서, 산기장치 상단부에 공기가 체류할 수 있는 버퍼영역을 형성하여 공기 공급량이 감소하는 경우에도 기포가 균일하게 분배되는 산기장치를 제공하기 위한 것이다.
또한 산기장치의 산기공의 위치를 조절하여 연속 폭기 시 슬러지에 의한 산기공의 폐색을 방지할 수 있으며, 균일한 기포의 분배로 분리막의 폐색을 방지하여 막간차압(TMP, transmembrane pressure) 증가율을 낮출 수 있다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
1. 본 발명의 하나의 관점은 산기장치에 관한 것이다.
상기 산기장치는 내측에 버퍼공간이 형성되며, 외측에는 수직방향으로 천공된 복수개의 산기공이 길이방향으로 서로 엇갈리게 배치된 상면부; 상기 상면부의 일측에서 연결되며, 수직 방향으로 연장된 우측면부; 상기 우측면부에 대향되며, 상면부와 연결되어 수직 방향으로 연장된 좌측면부; 상기 상면부 길이방향 끝단에 형성되고, 일측에 공기공급구가 형성된 정면부; 및 상기 정면부와 대향되고, 상기 상면부에 연결되며, 일측에 공기배출공이 형성된 후면부;를 포함한다.
2. 상기 1구체예에서, 상기 상면부에서 연장되는 상기 우측면부와 좌측면부는 상기 정면부 및 후면부와 적어도 하나 이상의 면이 서로 접하여 내측에 폐쇄 공간을 형성하고, 하부는 개방되어 개방면이 형성될 수 있다.
3. 상기 1 또는 2 구체예에서, 상기 상면부는 오목한 호 형태이며, 내측에 상기 공기공급구에서 공급되는 공기가 체류하는 버퍼공간이 형성될 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 산기공은 상기 상면부의 최상단을 지나는 중심축(y)을 기준으로 40 내지 60˚ 사이에 배치될 수 있다.
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 산기공은 상면부 외측으로 연장되어 공기의 흐름을 수직방향으로 유도하는 가이드관이 구비될 수 있다.
6. 상기 5 구체예에서, 상기 가이드관은 상기 상면부 최상단보다 낮은 높이로 배치될 수 있다.
7. 상기 1 내지 6 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 공기공급구는 상기 정면부 하단에 배치될 수 있다.
8. 상기 1 내지 7 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 공기배출공은 상기 후면부의 상부에 배치되며, 하단면을 기준으로 상기 산기공보다 높거나 동일한 높이에 형성될 수 있다.
9. 상기 1 내지 8 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 공기공급구의 직경은 상기 공기배출공의 직경보다 클 수 있다.
10. 상기 1 내지 9 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 상면부 상측에 이격되어, 간헐적으로 기포를 발생시키는 에어레이터가 더 배치될 수 있다.
11. 상기 1 내지 10 중 어느 하나의 구체예에서, 활성슬러지 부유물질(MLSS, mixed liquor suspended solids)을 6 내지 10 g/L로 포함하는 폐수를 대상으로 연속 폭기 시 막간차압(TMP) 증가율이 15% 이내일 수 있다.
본 발명은 산기장치 내에 슬러지 축적을 방지할 수 있으며, 공기 공급량이 감소되는 경우에도 산기장치 내에 버퍼공간을 마련하여 기포가 균일하게 분산되도록 하고, 공기 흐름의 편차를 감소시켜 산기공이 폐쇄되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 장시간 연속 폭기 시에도 침지식 분리막의 파울링(fouling)을 방지하여 분리막의 폐색으로 인한 막간차압의 증가를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1는 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치의 사시도이다.
도 2는 상기 도 1에 따른 산기장치의 평면도이다.
도 3은 상기 도 1에 따른 산기장치의 정면도이다.
도 4는 상기 도 1에 따른 산기장치의 후면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 산기장치의 사시도이다.
도 6은 도 5에 따른 산기장치의 정면도이다.
도 7은 도 5에 따른 산기장치의 후면도이다.
도 8는 산기장치 형태에 따른 슬러지 축적 방향을 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치의 상부면에 오목한 호가 구비되어 공기가 체류하는 버퍼공간을 나타낸 것과 파이프형 산기장치 최상단에 산기공이 형성되는 경우를 비교한 모식도이다.
도 10은 파이프형 산기장치에 있어서, 산기공의 형성 각도에 따른 공기흐름을 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치에 있어서 산기공의 천공 방향을 나타낸 모식도이다.
도 12는 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치를 포함하는 침지식 분리막 모듈의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 13은 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치에 있어서, 연속 폭기시 막간차압(TMP)의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치의 사시도이고, 도 2는 상기 도 1에 따른 산기장치의 평면도이며, 도 3은 상기 도 1에 따른 산기장치의 정면도이고, 도 4는 상기 도 1에 따른 산기장치의 후면도이다.
상기 산기장치(1000)는 상면부(100), 우측면부(200), 좌측면부(300), 정면부(400), 및 후면부(500)를 포함한다.
상기 산기장치(1000)는 막분리 활성슬러지법을 사용하는 수처리 시설에서 분리막이 설치된 생물반응조의 기포 발생 용도로 사용되는 것이다.
상기 산기장치(1000)는 생물반응조에 배치되는 침지식 분리막 하부에 배치되어 기포를 분사하여 상기 분리막을 물리적으로 세정한다.
도 1 내지 4를 참조하면, 상기 상면부(100)는 내측에 버퍼공간(b)이 형성되며, 외측에는 수직방향으로 천공된 복수개의 산기공(110)이 길이방향으로 서로 엇갈리게 배치된다.
상기 우측면부(200)는 상기 상면부(100)의 일측에서 연결되며, 수직 방향으로 연장된다.
상기 좌측면부(300)는 상기 정면부(200)에 대향되며, 상면부(100)와 연결되어 수직 방향으로 연장된다.
상기 상면부(100)에서 각각 연장되는 좌측면부(300)와 우측면부(200)는 상기 정면부(400) 및 후면부(500)와 적어도 하나 이상의 면이 서로 접하여 내측에 폐쇄 공간을 형성하고, 하부는 개방되어 개방면이 형성된다.
상기 산기장치(1000)는 400 내지 1,000mm의 길이로 형성될 수 있으며, 폭은 20 내지 60mm, 바람직하게는 25 내지 50mm일 수 있다.
상기 산기장치(1000)의 길이는 모듈 크기에 대응하여 변경될 수 있으며, 상기 범위에 제한되지는 않는다.
상기 산기장치(1000)의 폭이 20mm보다 작으면 관내 저항이 증가하여 산기 효과가 저감될 우려가 있으며, 60mm를 초과하는 경우에는 균일한 산기를 위해 더 많은 공기량이 필요하여 경제성이 감소된다.
한 구체예에서 상기 상면부(100)는 곡률을 가져서 내측에 오목한 호가 형성되며, 내측에 공급되는 공기가 체류하는 버퍼공간이 형성된다.
상기 상면부(100)가 곡률을 갖도록 굴곡지게 형성되고, 이에 따라 내측에 오목한 호가 형성되면, 상기 산기장치(1000) 내로 공급된 공기가 부상하여 일정량이 되도록 체류할 수 있는 공간이 형성된다.
상기 상면부(100)는 내측에 버퍼공간(b)이 형성될 수 있는 것이며, 호 형태에 한정되지 않으며, 다각구조로 구비될 수 있다.
도 3 및 4를 참조하면, 상기 상면부(100)와, 우측면부(200) 및 좌측면부(300)가 서로 연결되어 좌측 또는 우측에서 바라보는 경우 역 'U' 자 형태를 나타내며 하부는 개방되어 개방면이 형성된다.
도 8은 산기장치 형태에 따른 슬러지 축적 방향을 나타낸 모식도이다.
도 8을 참조하면, (a)에서 종래의 파이프 형태의 산기장치의 슬러지의 침전을 나타내고, (b)는 파이프가 연결되는 엘보 형태의 배관에서 슬러지 침전을 나타내며, (c)는 역 'U' 자 형태의 산기장치를 나타낸다.
종래 파이프 형태의 산기장치는 슬러지(s)가 점차 침전하여 결국 슬러지 배출공을 폐쇄하는 문제가 있으며, 파이프에 연결되는 엘보의 경우에도 절곡되는 부위에 슬러지가 침전되는 문제가 있다.
도 8의 (c)에서, 역 'U'자 인 경우 연속으로 개방된 하부면이 형성되고, 공기는 상부면의 산기공(110)으로 배출되면서 하부면이 완전하게 개방되어 경우 슬러지가 산기장치 내부에 침전되지 않는다.
한편, 상기 오목한 호 내측에 공급되는 공기가 체류하는 버퍼공간이 형성된다.
도 9는 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치의 상부면에 오목한 호가 구비되어 공기가 체류하는 버퍼공간을 나타낸 것과 파이프형 산기장치 최상단에 산기공(110)이 형성되는 경우를 비교한 모식도이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 상부면에 곡률을 가지는 오목한 호가 형성되는 경우 도입되는 공기가 갇혀서 체류하게 되며, 공기가 포집되어 있는 버퍼공간(b)을 형성한다.
도 9의 (b)를 참조하면, 산기장치에 도입된 공기가 산기공(c)에서 최상단부로 직접 배출되는 경우 도입부위 공기 압력에 따라 도입부위에서 가까운 경우 공기가 다량으로 배출되어 기포 생성이 증가되고, 도입부위에서 멀어질수록 공기 배출량이 감소되기 때문에 기포 생성량이 감소되어 전체적으로 효과적인 폭기가 어렵다.
균일하게 분산된 기포에 의해 폭기되지 않으면, 상기 산기장치 상측에 배치된 분리막의 표면은 고형입자의 부착으로 인한 폐색이 진행되어 분리막에 걸리는 막간차압(TMP, transmembrane pressure)이 증가된다.
상기 산기공에서 배출되는 기포는 분리막 주위의 폐수를 교란시키는 구동력이고 분리막과 기포의 충돌을 유도하여 분리막의 미세기공에 고형입자가 침적하는 것을 방지하는데 기포가 균일하게 생성되는 것이 매우 중요한 요소이며, 기포가 균일하지 않으면 오염물의 침적이 가속된다.
상기 버퍼공간이 형성되는 경우 산기공(110)의 위치까지 상기 오목한 호 내측에 공기가 체류하게 되고, 공급되는 공기량이 더 증가되는 경우 산기공(110)을 통하여 공기가 배출되어 기포가 생성되기 때문에 균일한 공기 분배가 가능하다.
상기 버퍼공간(b)은 특히 공급되는 공기량이 감소되는 경우에도 이미 체류하는 공기가 우선적으로 배출되어 기포를 생성하기 때문에 휴지 기에도 연속으로 폭기가 가능한 장점을 갖는다.
상기 상면부(100) 외측에는 공급되는 공기가 수직방향으로 배출되도록 하는 산기공(110)이 배치된다.
도 10은 파이프형 산기장치에 있어서, 산기공(110)의 형성 각도에 따른 공기흐름을 나타낸 모식도이다.
도 10을 참조하면, 산기장치 최상단부에 수직방향으로 산기공(110)이 형성되는 경우 도입되는 공기가 수직으로 부상하여 공기흐름(F2)에 대한 간섭이 발생하지 않는다.
상기 산기공(110)이 수직방향으로 형성되는 경우 공기흐름(F2)의 간섭이 없으며, 반응조 하부에서 침전하는 슬러지에 의한 산기공(110)의 폐색을 지연시킬 수 있으나, 산기장치의 최상단에 수직방향으로 산기공(110)이 형성되는 경우 공급되는 공기량이 감소되는 경우 균일한 공기분배가 어렵다.
반면에 산기공(110)이 산기장치의 수직방향(y)에 대하여 60˚ 방향으로 기울어져 천공되어 형성되는 경우 배출되는 공기는 산기공(110) 테두리와의 마찰로 인하여 공기흐름(F1)에 간섭이 발생되며, 장기적으로는 반응조의 슬러지가 침적되어 폐색이 발생하게 된다.
상기 산기공(110)은 중력에 대해 수직방향으로 천공되는 것이 매우 바람직하다.
도 11은 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치에 있어서 산기공(110)의 천공 방향을 나타낸 모식도이다.
도 11의 (a)를 참조하면, 한 구체예에서 상기 산기공(110)은 상기 상면부(100)의 최상단을 지나는 중심축(y)을 기준으로 40 내지 60˚ 사이에 배치될 수 있다.
구체적으로 상기 중심축(y)에 대해 상기 산기공(110)의 중심을 지나는 가상의 선과의 각도(θ)는 40 내지 60 ˚이다.
상기 범위에 미치지 못하는 경우 버퍼공간(b)의 용적이 감소되어 균일한 공기 분배가 어렵고, 상기 범위를 초과하는 경우 상기 산기공(110)의 위치가 상기 상부면의 외각에 위치하게 되어 산기공(110)의 방향이 수직이 되도록 천공하기 용이하지 않다.
상기 산기공(110)은 수직방향으로 천공되어 형성되나, 도 11의 (b)를 참조하면, 가이드관(111)이 추가로 배치될 수 있고, 도 11의 (c)를 참조하면, 수직방향에 가깝게 천공되어 형성되는 것도 가능하다.
한편 공기가 상기 산기장치(1000)로 유입되면, 부상하여 오목한 호 내측에 체류하게 되며 버퍼공간을 형성한다.
도 11의 (a)에서 버퍼공간(b0)은 오목한 호 최상단 내측부터 산기공(110)이 형성된 위치까지 형성되고, (b)에서 버퍼공간(b1)은 가이드관(111)의 최하단 높이까지 연장되어 버퍼공간이 증가되며, (c)에서 버퍼공간(b2)은 산기공(110)이 상면부(100) 하단에 위치할 수 있으며, 이 경우 버퍼공간을 더 증가시킬 수 있다.
상기 버퍼공간의 체적의 크기는 b2 > b1> b0일 수 있다.
상기 버퍼공간의 체적이 커지는 경우 공기 공급량이 감소되는 경우에도 일정하게 공기를 배출할 수 있는 공기량이 증가하여 장시간 균일하게 기포를 생성할 수 있다.
상기 산기공(110)은 길이방향(x축 방향)으로 서로 엇갈리게 배치된다.
도 2를 참조하면, 상기 산기공(110)은 길이방향으로 서로 엇갈리게 배치되어 지그재그로 배치된다.
상기 산기공(110)의 배치는 상기 상면부(100)의 중앙 부위를 기준으로 좌측, 우측 또는 좌우측면에 배치될 수 있다.
상기 산기공(110)이 서로 엇갈리게 배치되는 경우 균일한 공기 분배에 효과적이며, 각 산기공(110)에서 생성되는 기포가 서로 영향을 받는 것을 최소화할 수 있기 때문에 폭기 효과를 증가시킬 수 있다.
상기 산기공(110)의 직경은 3 내지 10mm이고, 바람직하게는 4 내지 7mm이다.
상기 산기공(110)의 직경이 3mm 미만인 경우 슬러지에 의해 쉽게 폐색될 수 있고, 10mm를 초과하는 경우 균일한 산기효과를 기대하기 어렵다.
상기 산기공(110)은 상기 상면부(100)의 길이방향을 따라 50 내지 100mm 당 1개, 바람직하게는 70 내지 100mm 당 1개가 배치될 수 있다.
상기 산기공(110) 수가 단위 길이 당 너무 많으면 요구 공기량이 증가되는 단점이 있고, 너무 적으면 모듈 전체에 공기가 제대로 전달되기 어려운 단점이 있다.
도 11의 (b), 도 3을 참조하면, 상기 산기공(110)은 상면부(100) 외측으로 연장되어 공기의 흐름을 수직방향으로 유도하는 가이드관(111)이 구비될 수 있다.
상기 가이드관(111)은 상기 오목한 호 내측에서 시작되어 상면부(100) 외측까지 연장된다.
상기 가이드관(111)이 구비되는 경우 버퍼공간에 체류하는 공기가 가이드관(111)을 통하여 이동하게 되며, 공기의 흐름이 수직방향이 되기에 매우 유리하다.
상기 가이드관(111)은 상기 상면부(100) 최상단보다 낮은 높이로 배치될 수 있다.
상기 가이드관(111)의 최상단까지 높이(h0)는 상기 상면부(100)가 정면부(200)와 후면부(300)와 결합하는 연결선(a)을 기준으로 상기 상면부(100)의 높이(h1)보다 낮다.
상기 가이드관(111)이 상면부(100) 최상단보다 높은 곳까지 연장되는 경우 가이드관(111)이 길어져서 설치가 용이하지 않고, 가이드관(111) 길이가 증가함에 따라 오히려 공기의 흐름이 저해되며, 상면부(100) 외측으로 폭기가 원활하게 수행되지 않아서 외측면에 슬러지가 침전될 우려가 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 가이드관(111)은 정면부(400) 또는 후면부(500)에서 바라보았을 때 상면부(100)에서 수직 방향으로 돌출된 형태이다.
상기 가이드관(111)은 상기 상면부(100)에서 외측으로 돌출되나, 상면부(100) 최상단 높이보다 낮게 배치되어 공기의 흐름에 영향을 주지 않는다.
상기 정면부(400)는 상기 상면부(100) 길이방향 끝단에 형성되고, 일측에 공기공급구(410)가 형성된다.
상기 공기공급구(410)는 블로워(B)에서 발생하는 공기를 상기 산기장치 내부로 유입시킨다.
상기 공기공급구(410)는 주로 상기 정면부(400) 하단에 배치되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 공기공급구(410)를 통해 유입된 공기가 부상하여 버퍼공간(b)을 형성하기 용이한 경우에는 상기 공급구의 위치는 제한되지 않는다.
다만 상기 공기공급구(410)로 유입된 공기가 버퍼공간(b)을 통하지 않고 공기공급구(410)와 가장 가까운 산기공(110)부터 그대로 산기공(110)을 따라 배출되는 경우, 공기공급구(410) 또는 첫번째 산기공의 위치를 조정할 필요가 있다.
상기 후면부(500)는 상기 정면부(400)와 대향되고, 상기 상면부(100)에 연결되며, 일측에 공기배출공(510)이 형성된다.
상기 공기배출공(510)은 상기 후면부(500)의 상부에 배치되며, 하단면을 기준으로 상기 산기공(110)의 내부 높이보다 높거나 동일한 높이에 형성될 수 있다.
상기 공기배출공(510)은 휴지기 등 산기장치에 공기 공급을 중단할 경우, 산기장치 내에 잔류하는 공기가 배출되어, 산기공(110) 내부를 충분히 적셔줄 수 있도록 한다.
이는 장기 운전시 산기공(110)에 고화되어 있는 슬러지를 적셔 주어, 공기 공급이 재개되었을 경우, 고착 슬러지를 원활하게 제거하는데 도움을 줄 수 있다.
상기 공기배출공(510)이 후면부(500) 상부에 배치되어 공기공급구(410) 반대편에 위치되는 경우 버퍼공간을 통하여 배출되고 잔류하는 공기가 배출될 수 있어서, 기포 발생량을 조절할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 공기공급구(410)의 직경(d1)은 상기 공기배출공(510)의 직경(d2)보다 클 수 있다.
상기 공기공급구(410)의 직경이 더 큰 경우에 공기 유입량을 효과적으로 조절할 수 있으며, 공기배출공(510)의 직경이 공기공급구(410)보다 더 큰 경우 버퍼공간을 유지하기 어려우며, 공기의 흐름 또한 일정하게 유지하기 어렵다.
도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 산기장치의 사시도이고, 도 6은 도 5에 따른 산기장치의 정면도이며, 도 7은 도 5에 따른 산기장치의 후면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 산기공(110)이 상기 상면부(100)에 수직방향인 산기장치를 일체로 성형하여 형성될 수 있다.
상기 산기장치가 일체로 성형되는 경우 제조효율이 매우 증가하며, 상기 산기공(110)을 공기의 흐름이 수직방향이 되도록 천공하지 않고 완성할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 상면부 상측에 이격되어, 간헐적으로 기포를 발생시키는 에어레이터(700)가 더 구비될 수 있다.
도 12는 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치를 포함하는 침지식 분리막 모듈의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 12를 참조하면, 상기 산기장치(1000)의 상면부(100)의 상측에 에어레이터(700)가 구비되며, 분리막(800) 하부에 배치된다.
상기 에어레이터(700)는 상기 산기장치(1000)에서 생성된 기포가 유입되어 일정시간 유지된 후 상단 플레이트의 개구부를 통해 짧은 시간 동안 배출되도록 설계될 수 있다.
상기 에어레이터(700) 하부에 상기 산기장치(1000)이 배치되는 경우 에어레이터의 세정공정이 필요없는 장점을 갖는다.
상기 산기장치는 활성슬러지 부유물질(MLSS)을 6 내지 10 g/L로 포함하는 폐수를 대상으로 129 일 동안 연속 폭기 시 막간차압(TMP) 증가율이 15% 이내일 수 있다.
상기 산기장치는 버퍼공간(b)과 수직방향으로 공기를 배출하는 산기공(110)에 의해 장기간의 운전에도 산기공(110)이 쉽게 폐색되지 않아 기포의 균일한 발생으로 폭기 효율이 증가되며, 분리막의 파울링(fouling)이 방지되어 막간차압의 증가율이 현저하게 감소된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1.
길이 800 mm, 폭 50 mm의 산기장치 상면부에 4.5mm 직경의 총 8개의 산기공을 수직방향으로 천공하였다.
산기공은 지그재그로 엇갈리게 형성하였으며, 각각의 산기공과의 수평 거리는 100 mm으로 설정하였다.
비교예 1.
파이프 형태의 산기장치를 길이 800mm, 지름 27 mm의 투명 파이프에 산기공의 크기를 3.5mm 로 수직축을 기준으로 하여 좌 60˚ 방향 4개, 우 60 ˚ 방향 4개 천공하여 형성하였다.
비교예 2.
상기 파이프 형태의 산기장치에서 산기공의 크기를 4.5mm 로 수직축을 기준으로 하여 좌 60˚ 방향 4개, 우 60 ˚ 방향 4개 천공하여 형성하였다.
비교예 1과 비교하여 산기공의 직경만 증가시켜 제조하였다.
실험예 1. 분리막 폐색 검사
활성슬러지 부유물질(MLSS) 6 내지 10g/L을 포함하는 폐수를 대상으로 실증 파일럿 용 반응조에서 처리용량 120㎥/일, 순간 플럭스(flux) 28 내지 31 L/㎡/hr, 공기량 0.08 내지 0.12 d㎥/㎡/hr의 조건에서 산기장치에 대한 별도의 세척 공정 없이 연속 폭기를 수행하였다.
분리막의 막간차압(TMP)이 30 kPa을 넘을 때까지 또는 120일 이상 연속 운전한 다음 분리막을 인양하여 육안 검사를 실시하였다. 129일 동안 운영 후 분리막 인양 결과 실시예 1의 경우 산기장치 및 산기공은 폐색이 없었으며, 산기장치를 포함하는 모듈내 슬러지가 축적되지 않았다.
비교예1의 산기장치는 모듈 내에서 산기장지 및 산기공이 다수 폐색되었으며, 폐색된 산기장치 상부 모듈 내 슬러지 축적이 있는 것을 확인하였다.
비교예2의 산기장치 및 산기공은 일부 폐색되었으며, 모듈 내 슬러지가 소량 축적되는 것을 확인하였다.
실시예 1에 따른 산기장치는 연속 폭기 시에도 산기장치 및 산기공이 폐색되지 않아서 기포가 균일하게 분배되어 폭기 효과가 매우 높은 것을 확인하였다.
실험예 2. 연속 폭기
장시간 연속 폭기 시 기포의 균일한 분산이 수행되는지 확인하기 위하여 분리막의 막간차압(TMP, kPa at 20 ℃)을 연속으로 측정하였다.
운영일수 실시예 1 비교예 1 비교예2 운영일수 실시예 1 비교예 1 비교예 2
1 9.36 8.65 10.4 66 18.49 - -
2 10.61 8.82 10.6 67 18.96 - -
3 11.28 9.59 12.5 68 19.45 - -
4 12.11 10.54 13.5 69 19.72 - -
5 13.03 11.21 13.7 70 19.86 - -
6 13.52 11.39 13.8 71 19.3 - -
7 13.5 11.54 14.1 72 19.54 - -
8 12.93 13.39 - 73 19.72 - -
9 13.09 - - 74 20.28 - -
10 13.49 - - 75 20.36 - -
11 13.91 - 15.9 76 20.32 - -
12 14.13 - 16.3 77 19.85 - -
13 14.66 - 16.8 78 20.06 - -
14 14.37 13.96 17.2 79 20.09 - -
15 13.81 16.61 - 80 20.32 - -
16 14.13 19.67 - 81 20.88 - -
17 14.54 - 18.8 82 20.83 - -
18 15.24 - 19.3 83 20.99 - -
19 15.58 - 19.7 84 20.15 - -
20 15.56 22.23 20 85 20.24 - -
21 15.31 23.3 20.4 86 20.6 - -
22 15.72 24.28 - 87 20.72 - -
23 15.84 25.15 - 88 20.81 - -
24 16.33 26.88 19.9 89 21.18 - -
25 16.66 28.35 20.5 90 21.14 - -
26 17.23 - 20.2 91 20.6 - -
27 17.17 - - 92 20.79 - -
28 16.5 - 20.2 93 21.05 - -
29 16.62 - 19.9 94 21.6 - -
30 17.1 - 20.4 95 21.8 - -
31 17.42 - 24.3 96 22.07 - -
32 17.96 - 24.9 97 21.54 - -
33 18.16 - 25.1 98 21.28 - -
34 17.97 - - 99 21.29 - -
35 17.24 - - 100 21.56 - -
36 17.33 - 27.1 101 21.82 - -
37 17.65 - 27.4 102 21.75 - -
38 17.75 - - 103 21.1 - -
39 17.75 - 29.7 104 21.17 - -
40 17.75 - 30.1 105 21.06 - -
41 17.51 - - 106 21.01 - -
42 17.35 - - 107 20.61 - -
43 17.53 - - 108 21.06 - -
44 17.69 - - 109 21.55 - -
45 17.75 - - 110 21.86 - -
46 18.14 - - 111 22.21 - -
47 18.16 - - 112 21.92 - -
48 17.84 - - 113 22.08 - -
49 17.56 - - 114 22.35 - -
50 17.5 - - 115 22.62 - -
51 17.82 - - 116 22.62 - -
52 18.05 - - 117 22.62 - -
53 18.3 - - 118 22.62 - -
54 18.53 - - 119 21.42 - -
55 18.37 - - 120 21.81 - -
56 17.76 - - 121 22.22 - -
57 18.06 - - 122 22.26 - -
58 18.28 - - 123 22.46 - -
59 18.6 - - 124 22.76 - -
60 18.88 - - 125 22 - -
61 19.1 - - 126 22.16 - -
62 19.5 - - 127 22.46 - -
63 18.87 - - 128 22.91 - -
64 18.82 - - 129 22.74 - -
65 19.13 - -
표 1은 실시예1 및 비교예 1, 2의 막간차압을 측정한 결과이다.
도 13은 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치에 있어서, 연속 폭기 시 막간차압(TMP)의 변화를 나타낸 그래프이다.
표 1 및 도 13을 참조하면, 실시예1에 따른 산기장치는 129일 동안 연속 폭기 시에도 막간차압(TMP) 증가율이 15% 이내 인 것으로 확인되어 산기공 폐색으로 인해 분리막이 오염되는 것을 효과적으로 방지하였다.
이에 반해 비교예 1의 경우 운영일수가 25일을 초과하는 경우 막간차압이 28.35 kPa까지 증가되고, 증가율 또한 매우 높았으며, 비교예 2의 경우 40일을 초과하는 경우 30.1 kPa까지 막간차압이 증가되어 분리막의 오염을 효과적으로 방지할 수 없으며, 별도의 세정 단계가 필요한 것을 확인하였다.
따라서 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치는 공기의 흐름을 수직방향으로 유도하여 기포가 균일하게 생성되어 폭기 효과를 증가시키고 산기공 내측에 슬러지가 축적되어 폐색되는 것을 방지할 수 있으며, 산기장치 내측에 공급되는 공기가 우선 일정하게 체류하도록 하는 버퍼공간을 형성하여 공기유입량이 감소되는 경우에도 지속적으로 공기가 배출되어, 산기공에서 균일한 기포가 발생되어 분리막의 오염을 방지하고 장기간 연속 폭기 시에도 막간차압 증가가 현저하게 낮아지는 효과를 나타낼 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 상면부 110 : 산기공
111 : 가이드관 200 : 우측면부
300 : 좌측면부 400 : 정면부
410 : 공기공급구 500 : 후면부
510 : 공기배출공 600 : 블로워
700 : 에어레이터 800 : 분리막
1000 : 산기장치
h1 : 상면부 최상단까지 높이
h0 : 가이드관 최상단까지 높이
d1 : 공기공급구 직경
d2 : 공기배출공 직경
θ : 중심축에서 산기공까지 각도
a : 상면부와 정면부 및 후면부 간 연결선
b 0, b1, b2 : 버퍼공간
S : 슬러지
B : 블로워

Claims (11)

  1. 내측에 버퍼공간이 형성되며, 외측에는 수직방향으로 천공된 복수개의 산기공이 길이방향으로 서로 엇갈리게 배치된 상면부;
    상기 상면부의 일측에서 연결되며, 수직 방향으로 연장된 우측면부;
    상기 우측면부에 대향되며, 상면부와 연결되어 수직 방향으로 연장된 좌측면부;
    상기 상면부 길이방향 끝단에 형성되고, 일측에 공기공급구가 형성된 정면부; 및
    상기 정면부와 대향되고, 상기 상면부에 연결되며, 일측에 공기배출공이 형성된 후면부;를 포함하고,
    상기 산기공은 상기 상면부의 최상단을 지나는 중심축(y)을 기준으로 40 내지 60˚사이에 배치되며,
    상기 산기공은 상면부 외측으로 연장되어 공기의 흐름을 수직방향으로 유도하는 가이드관이 구비되고,
    상기 가이드관은 상기 상면부 최상단보다 낮은 높이로 배치되는 것인, 산기장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상면부에서 연장되는 상기 우측면부와 좌측면부는 상기 정면부 및 후면부와 적어도 하나 이상의 면이 서로 접하여 내측에 폐쇄 공간을 형성하고, 하부는 개방되어 개방면이 형성되는 것을 특징으로 하는 산기장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상면부는 오목한 호 형태이며, 내측에 상기 공기공급구에서 공급되는 공기가 체류하는 버퍼공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 산기장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 공기공급구는 상기 정면부 하단에 배치되는 것을 특징으로 하는 산기장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 공기배출공은 상기 후면부의 상부에 배치되며, 하단면을 기준으로 상기 산기공보다 높거나 동일한 높이에 형성되는 것을 특징으로 하는 산기장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 공기공급구의 직경은 상기 공기배출공의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 산기장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 상면부 상측에 이격되어, 간헐적으로 기포를 발생시키는 에어레이터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 산기장치.
  11. 제1항에 있어서, 활성슬러지 부유물질(MLSS, mixed liquor suspended solids)을 6 내지 10 g/L로 포함하는 폐수를 대상으로 연속 폭기 시 막간차압(TMP) 증가율이 15% 이내인 것을 특징으로 하는 산기장치.
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