KR20090121833A - 배관 일체형 분리막 프레임 구조물 및 이를 이용한 분리막유니트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배관 일체형 분리막 프레임 구조물 및 이를 이용한 분리막 유니트에 관한 것으로서, 특히 사각틀 형태로 형성되어 내부가 중공상으로 형성되고, 상면에 송풍기와 연결되어 내부로 공기를 유통시키는 산기 라인과 연결되는 산기 라인 연결구가 형성되고, 하면에 상기 산기 라인으로부터 공급되는 공기를 배출시키는 복수의 산기공이 형성되는 메인 프레임과; 상기 메인 프레임 내에 수직으로 고정 설치되는 복수의 분리막 모듈; 및 상기 메인 프레임의 상단에 고정 설치되어 상기 메인 프레임과 일체의 구조를 이루고, 일측에 각각의 상기 분리막 모듈과 연결되는 연결관이 구비되며, 상면에 여과 펌프를 통해 처리수를 배출시키는 여과 라인과 연결되는 여과 라인 연결구가 형성되는 여과 배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 분리막 프레임 구조물과 여과 배관 및 산기배관을 일체화함으로써 생물 반응조 내에 분리막 프레임 구조물의 설치 및 제거가 용이하고, 분리막 프레임 구조물이 차지하는 공간이 더욱 컴팩트해질 뿐만 아니라 프레임 구조물의 수직방향 양쪽으로 균등하게 공기가 유입되어 각각의 분리막 모듈 하부에 있는 산기공으로 균일하게 분출될 수 있어 막의 오염을 저감할 수 있기 때문에 막의 수명을 연장시킬 수 있다.
분리막 모듈, 분리막 프레임 구조물, 분리막 유니트, 산기배관, 여과 배관, 일체형
Description
본 발명은 배관 일체형 분리막 프레임 구조물 및 이를 이용한 분리막 유니트에 관한 것으로서, 상세하게는 처리용량에 해당하는 일정 수량의 분리막 모듈을 설치한 분리막 프레임 구조물 내부의 빈 공간을 공기가 유입되는 산기배관으로 이용하고, 분리막 프레임 구조물의 상부의 일부분을 고액분리된 처리수가 집수되는 여과 배관으로 사용 가능하도록 하는 배관 일체형 분리막 프레임 구조물 및 이를 이용한 분리막 유니트에 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 여과 배관을 통해 처리수를 배출하게 되고, 분리막에 의한 고액분리시 분리막 표면의 수직방향으로 전단력을 발생시켜 분리막 표면에 부착되는 오염물질의 탈리작용과 반응조내의 미생물에 필요한 산소 공급을 위해 산기배관을 통해 지속적인 공기주입이 이루어지게 된다.
종래의 기술은 상기의 여과 배관 및 산기배관을 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.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분리막 프레임 구조 물의 내부에 빈 공간을 형성하여 산기배관과 여과 배관을 형성함으로써 공기배관을 통하여 유입된 공기 방울이 산기배관을 통해 산기공으로 분출되도록 하고, 고액분리된 처리수가 여과 배관을 통해 집수되도록 하는 배관 일체형 분리막 프레임 구조물 및 이를 이용한 분리막 유니트를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 분리막 프레임 구조물과 여과 배관 및 산기배관을 일체화함으로써 생물 반응조 내에 분리막 프레임 구조물의 설치 및 제거가 용이하고, 분리막 프레임 구조물이 차지하는 공간이 더욱 컴팩트해질 뿐만 아니라 프레임 구조물의 수직방향 양쪽으로 균등하게 공기가 유입되어 각각의 분리막 모듈 하부에 있는 산기공으로 균일하게 분출될 수 있어 막의 오염을 저감할 수 있기 때문에 막의 수명을 연장시키도록 하는 배관 일체형 분리막 프레임 구조물 및 이를 이용한 분리막 유니트를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
사각틀 형태로 형성되어 내부가 중공상으로 형성되고, 상면에 송풍기와 연결되어 내부로 공기를 유통시키는 산기 라인과 연결되는 산기 라인 연결구가 형성되고, 하면에 상기 산기 라인으로부터 공급되는 공기를 배출시키는 복수의 산기공이 형성되는 메인 프레임과; 상기 메인 프레임 내에 수직으로 고정 설치되는 복수의 분리막 모듈; 및 상기 메인 프레임의 상단에 고정 설치되어 상기 메인 프레임과 일체의 구조를 이루고, 일측에 각각의 상기 분리막 모듈과 연결되는 연결관이 구비되며, 상면에 여과 펌프를 통해 처리수를 배출시키는 여과 라인과 연결되는 여과 라 인 연결구가 형성되는 여과 배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 메인 프레임은 내부가 중공상의 "디귿자" 또는 "직사각" 형태로 형성되는 상단 프레임과; 내부가 중공상의 "직사각" 형태로 형성되는 하단 프레임과; 내부가 중공상으로 상기 하단 프레임의 폭방향으로 다단 설치되되, 상기 하단 프레임과 연통되고, 상면에 상기 산기공이 각각 형성되는 분기 프레임과; 내부가 중공상으로 상기 상단 프레임의 양측면 및 상기 하단 프레임의 양측면의 중앙부에서 수직으로 연장되되, 상기 상단 프레임과 하단 프레임과 연통되는 수직 프레임으로 이루어진다.
여기에서 또한, 상기 분리막 모듈은 상기 메인 프레임의 수직 프레임의 하단에서 상기 산기공과 대응되는 위치에서 상기 산기공과 일정 거리 이격되어 고정 프레임에 의해 고정 설치된다.
여기에서 또, 상기 여과 배관은 내부가 중공상으로 형성되되, 양면이 폐쇄된 형태로 형성되고, 상기 메인 프레임에 고정을 위한 제 1체결판이 구비된다.
여기에서 또, 상기 메인 프레임은 상기 여과 배관이 체결되도록 상기 제 1체결판과 대응되는 위치에 제 2체결판을 더 구비한다.
본 발명의 다른 특징은,
상기 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 포함하는 분리막 유니트에 있어서, 생물 반응조 내에 설치되도록 사각틀 형태로 형성되고, 저면에 다리부가 형성되는 지지틀과; 상기 지지틀의 내측면에서 다단으로 부착 형성되는 안내 레일을 포함하며, 각각의 상기 안내 레일에 상기 배관 일체형 분리막 프레임 구조물의 수직 프레임이 각각 삽입 고정되어 다단 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 배관 일체형 분리막 프레임 구조물 및 이를 이용한 분리막 유니트에 따르면, 분리막 모듈을 포함한 프레임 구조물과 여과 배관 및 산기배관을 일체화함으로써 생물 반응조 내에 분리막 프레임의 설치 및 제거가 용이하고, 분리막 프레임 구조물이 차지하는 공간이 더욱 컴팩트해질 뿐만 아니라 프레임의 수직방향 양쪽으로 공기가 유입되어 각각의 분리막 모듈 하부에 있는 산기공으로 균일하게 분출될 수 있어 각각의 분리막 모듈에 작용하는 공기세정 효과를 극대화 할 수 있으며, 이에 따라 소요 공기량 저감에 따른 동력비 절감 및 막의 오염 저감에 따른 막의 수명 연장효과를 기대할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물 및 이를 이용한 분리막 유니트의 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 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 나타낸 사시도 이고, 도 2는 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 나타낸 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물중 메인 프레임의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물(100)은, 메인 프레임(110)과, 분리막 모듈(120) 및 여과 배관(130)으로 형성된다.
먼저, 메인 프레임(110)은 상단 프레임(111)과, 하단 프레임(113)과, 분기 프레임(115)과, 수직 프레임(117)으로 이루어지고, 상단 프레임(111)과, 하단 프레임(113)과, 분기 프레임(115)과, 수직 프레임(117)이 산기배관을 형성되도록 각각 연통되어 일체로 형성된다.
상단 프레임(111)은 도 3에 도시된 바와 같이 내부가 중공상이고, 하기에서 설명할 여과 배관(130)이 설치되어 직사각 형태를 이루도록 "디귿자" 형태로 형성되며, 상면에 송풍기(101)와 연결되어 내부로 공기를 유통시키는 산기 라인(103)과 연결되는 산기 라인 연결구(111-1)가 형성된다. 여기에서, 상단 프레임(111)은 여과 배관(130)이 체결되도록 제 2체결판(111-3)이 더 형성된다. 여기에서 또한, 상단 프레임(111)은 도 4에 도시된 바와 같이 "직사각"형태로 형성될 수도 있다.
하단 프레임(113)은 내부가 중공상의 "직사각" 형태로 형성된다.
분기 프레임(115)은 내부가 중공상으로 하단 프레임(113)의 폭방향으로 다단 설치되되, 하단 프레임(113)과 연통되고, 상면에 산기 라인(103)으로부터 공급되는 공기를 배출시키는 산기공(115-1)이 각각 형성된다.
수직 프레임(117)은 내부가 중공상으로 상단 프레임(111)의 양측면 및 하단 프레임(113)의 양측면의 중앙부에서 돌출되어 수직으로 연장되되, 상단 프레임(111)과 하단 프레임(113)과 연통된다.
그리고, 분리막 모듈(120)은 메인 프레임(110) 내에 수직으로 고정 설치되되, 메인 프레임(110)의 수직 프레임(117)의 하단에서 산기공(115-1)과 대응되는 위치에서 산기공(115-1)과 일정 거리 이격되어 고정 프레임(121)에 의해 고정 설치된다. 여기에서, 분리막 모듈(120)은 공지의 구성으로 그 설명은 생략한다.
또한, 여과 배관(130)은 메인 프레임(110)의 상단에 고정 설치되어 메인 프레임(110)의 상단 프레임(111)과 일체의 구조를 이루고, 일측에 각각의 분리막 모듈(120)과 연결되는 연결관(131)이 구비되며, 상면에 여과 펌프(105)를 통해 처리수를 배출시키는 여과 라인(107)과 연결되는 여과 라인 연결구(133)가 형성된다. 여기에서, 여과 배관(130)은 내부가 중공상으로 형성되되, 양면이 폐쇄된 형태로 형성되고, 메인 프레임(110)의 상단 프레임(111)에 고정을 위한 제 1체결판(135)이 구비된다. 여기에서 또한, 여과 배관(130)은 도 4에 도시된 바와 같이 상단 프레임(111)의 중앙부에 길이 방향으로 고정될 수도 있는 데, 이때 연결관(131)은 저면에 구비된다.
이하, 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 이용한 분리막 유니트의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 이용한 분리막 유니트의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 이용한 분리막 유니트(200)는, 생물 반응조(109) 내에 설치되도록 사각틀 형태로 형성되고, 저면에 다리부(211)가 형성되는 지지틀(210)과, 지지틀(210)의 내측면에서 다단으로 부착 형성되는 안내 레일(220)을 포함하며, 각각의 안내 레일(220)에 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물(100)의 수직 프레임(117)이 각각 삽입 고정되어 다단 설치된다. 이때, 안내 레일(220)은 수직 프레임(117)이 삽입되도록 상면이 개방되고, 저면이 배관 일체형 분리막 프레임 구조물(100)을 고정시키도록 폐쇄된 형태로 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물 및 이를 이용한 분리막 유니트의 작용을 설명하면 오폐수 처리공정은 생물 반응조(109)의 내부에 배관 일체형 분리막 프레임 구조물(100)이 수직되는 방향으로 배치되고, 배관 일체형 분리막 프레임 구조물(100)의 하부에 송풍기(101)를 통해 유입된 공기방울이 배출할 수 있도록 산기공(115-1)이 배치되며, 분리막 모듈(120)의 상부는 여과 펌프(105)와 연결되어 분리막 모듈(120)을 통해 고액분리된 처리수가 집수되어 여과 라인(107)을 통해 배출하게 된다. 즉, 송풍기(101)에서 발생되는 공기가 산기 라인(103)과 산기 라인 연결구(111-1)를 통해 상단 프레임(111)으로 유입되고, 이는 다시 수직 프레임(117)과, 하단 프레임(113) 및 분기 프레임(115)으로 유통되어 결국 산기공(115-1)으로 균등하게 분배되어 배출된다.
그리고, 각각의 분리막 모듈(120)을 통해 고액분리된 처리수는 분리막 모 듈(120)의 상부에서 집수되어 연결관(131)을 통하여 여과 배관(130)으로 이동 후 여과 라인 연결구(133)를 통해 여과 라인(107)으로 배출되게 된다.
한편, 각각의 분리막 모듈(120)의 하단부를 수직 프레임(117)에 고정 프레임(121)을 이용하여 고정함으로써 산기공(115-1)에서 분출된 공기를 통한 분리막 모듈(120) 표면에서의 전단력을 극대화할 수 있도록 하게 된다.
한편, 여과 배관(130)을 상단 프레임(111)에 고정시킬 때 제 1체결판(135) 및 제 2체결판(111-3)에 볼트를 체결하여 고정시킴으로써 분리막 모듈(120)의 교환시 여과 배관(130)과 상단 프레임(111)을 분리만 하면 분리막 모듈(120)이 쉽게 노출되기 때문에 분리막 모듈(120)을 용이하게 교체할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 이용한 분리막 유니트(200)는 지지틀(210)의 측면에 안내 레일(220)을 다단으로 설치하고, 안내 레일(220)에 배관 일체형 분리막 프레임 구조물(100)의 수직 프레임(117)을 삽입 고정시키는 구조이기 때문에 개별적으로 배관 일체형 분리막 프레임 구조물(100)의 교환이 가능하고, 배관 일체형 분리막 프레임 구조물(100)을 생물 반응조(109)에 침지시키거나 생물 반응조(109)로부터 꺼낼 때 배관 일체형 분리막 프레임 구조물(100)의 좌우 균형을 유지시켜 줌으로써 삽입 및 배출이 용이하다.
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.
도 1은 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 나타낸 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물중 메인 프레임의 구성을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 이용한 분리막 유니트의 구성을 나타낸 사시도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
101 : 송풍기 103 : 산기 라인
105 : 여과 펌프 107 : 여과 라인
109 : 생물 반응조 110 : 메인 프레임
111 : 상단 프레임 113 : 하단 프레임
115 : 분기 프레임 117 : 수직 프레임
120 : 분리막 모듈 130 : 여과 배관
210 : 지지틀 220 : 안내 레일
Claims (6)
- 사각틀 형태로 형성되어 내부가 중공상으로 형성되고, 상면에 송풍기와 연결되어 내부로 공기를 유통시키는 산기 라인과 연결되는 산기 라인 연결구가 형성되고, 하면에 상기 산기 라인으로부터 공급되는 공기를 배출시키는 복수의 산기공이 형성되는 메인 프레임과;상기 메인 프레임 내에 수직으로 고정 설치되는 복수의 분리막 모듈; 및상기 메인 프레임의 상단에 고정 설치되어 상기 메인 프레임과 일체의 구조를 이루고, 일측에 각각의 상기 분리막 모듈과 연결되는 연결관이 구비되며, 상면에 여과 펌프를 통해 처리수를 배출시키는 여과 라인과 연결되는 여과 라인 연결구가 형성되는 여과 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 분리막 프레임 구조물.
- 제 1 항에 있어서,상기 메인 프레임은,내부가 중공상의 "디귿자" 또는 "직사각" 형태로 형성되는 상단 프레임과;내부가 중공상의 "직사각" 형태로 형성되는 하단 프레임과;내부가 중공상으로 상기 하단 프레임의 폭방향으로 다단 설치되되, 상기 하단 프레임과 연통되고, 상면에 상기 산기공이 각각 형성되는 분기 프레임과;내부가 중공상으로 상기 상단 프레임의 양측면 및 상기 하단 프레임의 양측 면의 중앙부에서 수직으로 연장되되, 상기 상단 프레임과 하단 프레임과 연통되는 수직 프레임으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 분리막 프레임 구조물.
- 제 2 항에 있어서,상기 분리막 모듈은,상기 메인 프레임의 수직 프레임의 하단에서 상기 산기공과 대응되는 위치에서 상기 산기공과 일정 거리 이격되어 고정 프레임에 의해 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 분리막 프레임 구조물.
- 제 1 항에 있어서,상기 여과 배관은,내부가 중공상으로 형성되되, 양면이 폐쇄된 형태로 형성되고, 상기 메인 프레임에 고정을 위한 제 1체결판이 구비되는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 분리막 프레임 구조물.
- 제 4 항에 있어서,상기 메인 프레임은,상기 여과 배관이 체결되도록 상기 제 1체결판과 대응되는 위치에 제 2체결판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 분리막 프레임 구조물.
- 제 1 항의 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 포함하는 분리막 유니트에 있어서,생물 반응조 내에 설치되도록 사각틀 형태로 형성되고, 저면에 다리부가 형성되는 지지틀과;상기 지지틀의 내측면에서 다단으로 부착 형성되는 안내 레일을 포함하며,각각의 상기 안내 레일에 상기 배관 일체형 분리막 프레임 구조물의 수직 프레임이 각각 삽입 고정되어 다단 설치되는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 분리막 프레임 구조물을 이용한 분리막 유니트.
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