KR20130088814A - 딤플파이프로 구성된 튜브형 산기관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 또는 폐수를 생물학적으로 처리하는 공정에서 처리수내에 배양되는 미생물에 적정한 산소를 공급하는 산기관(Air Diffuser)에 관한 것으로, 특히 종래의 튜브형 멤브레인 산기관에서 튜브형 멤브레인(Tube type Membrane)이 공기의 공급과 중지가 연속적으로 반복되는 공정에서 멤브레인의 일부 부분이 접혔다 펴지는 현상이 반복되면서 멤브레인이 찧어지는 현상이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 멤브레인을 지지하는 지지파이프(Sleeve)의 표면에 요철을 내어 지지파이프의 외경이 멤브레인의 내경보다 길어지도록 하였으며, 멤브레인과 지지파이프사이에 공기가 공급될 때 멤브레인이 부풀어지면서 스테인레스 클렘프로 고정된 튜브 멤브레인의 양단이 튜브산기관의 중앙 부분으로 미끄러져 들어가는 것을 어뎁터(Adapter,4)와 앤드캡(Endcap, 5)의 외경을 지지파이프(Sleeve, 3)의 외경보다 작게 하여 스테인레스 클렘프로 멤브레인을 고정하도록 하였다.
이를 통하여 공기 공급이 중단되었을 때 멤브레인이 지지파이프에 수압에 의하여 밀착될 경우 멤브레인의 중간이 접히지 않게 되었으며, 공기가 멤브레인과 지지파이프 사이에 공급되어 멤브레인이 부풀질 때 멤브레인의 양단이 중앙으로 밀려들어가지 않게 되었다.
[색인어]
요철형 튜브 멤브레인 산기관, 미세기포산기관, 포기조 산기관, 튜브디퓨져, 멤브레인디퓨져, 에어레이션디퓨져

Description

딤플파이프로 구성된 튜브형 산기관{Aeration Tube Diffuser with Dimple Sleeve}

본 발명은 하수 또는 폐수를 미생물을 이용하여 생물하적으로 처리하는 프로세스의 폭기조에 설치되는 산기관에 관한 것으로, 폭기조 내에 배양되는 호기성 미생물의 산소 호흡에 필요한 산소를 효율적으로 공급 것과 적정한 교반을 목적으로 하는 튜브형 산기관의 구성 및 형상에 관한 것이다.

본 발명은 일반적으로 하수 및 폐수처리장의 폭기조내 바닦에 공기 공급관과 함께 설치되어 공기송풍기로부터 공급되는 공기를 멤브레인으로 구성된 산기관을 통하여 처리수에 공기를 0.5mm 이상 15mm 미만의 공기방울 형태로 분사 시켜주는 기능을 하고 있으며, 외형의 형태에 따라서 디스크형 과 튜브형으로 나누어지고 있다.

디스크형 산기관은 "멤브레인산기관" (대한민국 특허출원번호 2020050019038, 김해동)과 "새들조립형에어플렉스디스크멤브레인산기관" (대한민국 특허출원번호 2019980013272, 강성일)에 의해 제시되고 있는 것과 같이 표면에 작은 슬릿이 표면에 펀칭된 원형의 멤브레인을 감싸고 있는 원형의 몸체와 결합링과 같은 구조이며, 튜브형 산기관은 "탑온 새들형 튜브 산기관" (대한민국 특허출원번호 2020070003618, 강성일)과 "폐수처리용 산기관" (대한민국 측허출원번호 2020000005944, (주)엠에치엔지니어링)에 의해 제시되고 있는 것과 같이 작은 슬릿이 펀칭된 표면에 고르게 펀칭된 원형의 멤브레인을 원형 파이프가 지지하는 구조이다.

튜브형 산기관은 멤브레인을 지지하는 파이프가 공기 공급관과 니플(Nipple)로서 연결될 수 있도록 한 어뎁터와 조립되어지며, 어뎁터를 통하여 공급되는 공기가 멤브레인과 지지용 파이프 사이를 통과하여 멤브레인에 펀칭된 다수의 슬릿을 통하여 처리수에 분사되도록 하였으며, 지지용 파이프에 멤브레인을 클램프로써 단단히 고정되고 기밀이 유지되도록 구성되어 있다.

합성고무 재질의 산기관용 멤브레인(2)은 압력에 의한 팽창시 일정양으로 늘어나서 원래의 상태로 돌아오지 못하는 특성을 가지고 있다. 이를 영구변형이라고 하며, 종래의 튜브형 산기관은 조립시 편의성 및 튜브형산기관의 전체 면적에 대하여 균일한 공기 분포를 형성시키기 위하여 튜브형 멤브레인을 지지하는 지지파이프(3)의 외경이 튜브형 멤브레인의 내경보다 작게 제작되어 진다.

종래의 튜브형 멤브레인 산기관은 하수 또는 폐수를 처리하는 공법에 따라서 공기공급을 간헐적으로 하게 되는데, 공기송풍이 중지된 때 공기 압력에 의하여 팽창된 합성고무재질의 멤브레인이 미쳐 원상태로 회복되기 전에 강한 수압에 의하여 멤브레인의 일부분이 접히게 된다.

이와같이 멤브레인이 팽창과 수축을 반복하면서 접히는 부분이 반복적으로 피로가 쌓이게 되면서 멤브레인의 찧어짐이 급격히 진행된다.

산기관용 멤브레인의 찧어짐으로 인하여 하수 및 폐수처리 공정 설계시 요구되었던 산소전달 효율 저하 및 포지조내 불균등 공기 공급에 따라 처리 시스템이 중단되게 되며, 처리수중 배양중인 호기성 미생물이 사멸하게 되는 중대한 사태에 직면하게 된다.

또한 모든 종류의 합성고무재질의 산기관용 멤브레인은 수중에서 장기간 사용시 자연적인 수축이 일정정도 이루어지게 되어 튜브형 멤브레인이 어느 한쪽으로 밀리게 되면서 산기관 끝단에 접합 조립된 어뎁터 상의 공기 공급구가 수중으로 노출되게 된다.

이와같이 어뎁터 상의 공기 공급구가 수중에 노출되게 되면 멤브레인에 가공된 슬릿을 통하여 공기가 분출되지 못하게 되며, 송풍기가 정지한 경우 처리수가 노출된 공기공급구를 통하여 공기 공급용 배관으로 처리수 슬럿지와 함께 유입되게 되어 폭기조내 모든 공기공급관에 처리수가 유입되어 처리시스템이 중단되게 되는 중대한 사태에 직면하게 된다.

이와 같은 처리시스템이 중단되는 중대한 문제를 방지하고 하수 또는 폐수처리장의 안정적이며 효율적인 운영 관리를 위하여 장기간 운영에 적합한 튜브형 멤브레인 산기관을 발명하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.

튜브형 멤브레인을 지지하는 파이프의 외경이 종래와 같이 원형의 파이프(3)인 경우 산기관에 공급되는 송풍기가 정지한 경우 멤브레인(2)의 원주가 원형 파이프의 원주보다 크기 때문에 원주가 큰 멤브레인의 일부분이 접히게 된다.

이를 해결하기 위하여 튜브형 멤브레인을 지지하는 지지파이프의 외면 형상을 반원이 연속적으로 이어지는 형상의 요철을 형성하여 줌으로서 펼칠 경우 원주가 멤브레인의 원주보다 크도록 함으로써 수압에 의하여 튜브형 멤브레인이 요철형 멤브레인 지지파이프(6)에 밀착될 때 중간이 접혀짐 없이 요철형 지지파이프 외경에 따라 완전하게 밀착이 이루어지도록 하였다.

또한 요철형 멤브레인 지지파이프(6)의 외경이 지지파이프와 양쪽 끝단에 조립되는 어뎁터(4)와 앤드캡(5)의 외경보다 약간 크게 하여 준다. 이에따라 멤브레인(2)을지지파이프(6)에 삽입한 후 멤브레인의 양 끝단을 어뎁터(4)와 앤드켑(5)에 스테인레스 클렘프(1)로써 고정하여 주게 되면 튜브형 멤브레인 수축에 따른 어느 한 방향으로 멤브레인 끝단이 밀려들어가는 것을 방지하여줌으로써 공기공급구가 노출되지 않아 처리수가 노출된 공기공급구를 통하여 공기공급관 내로 유입되지 않도록 하여 준다.

본 발명에 따라 종래의 폭기조용 튜브형 산기관에서 도5에서 도시한 것과 같이 멤브레인의 접힘 현상에 따는 찧어짐을 방지할 수 있게 되며, 멤브레인의 수축 현상에 따라 멤브레인 지지파이프와 조립된 어뎁터에 위치한 공기공급구가 처리수에 노출되지 않도록 단단히 고정하여 줌으로써 폭기조용 산기 시스템의 안정적인 운영 및 공기 공급을 시스템에 균등하고 원활하게 하여 줌으로써 폭기조용 산기관 및 시스템의 효율적인 운영을 할 수 있도록 하여준다.

제1도는 튜브형 멤브레인과 반원형 요철을 가진 지지파이프가 조립된 횡단면도
제2도는 공기 공급시 멤브레인의 부풀림을 보여주는 횡단면도
제3도는 수압에 의하여 멤브레인이 반원형 요철을 가진 지지파이프에 밀착되는 모습의 횡단면도
제4도는 종래의 튜브형 산기관의 작용 현상을 보여주는 횡단면도
제5도는 직각면 과 둥근 모서리형의 요철을 가진 지지파이프의 횡단면도
제6도는 본 발명의 전체 조립된 종단면도
제7도는 어뎁터와 앤드캡의 외경이 디플형지지파이프의 외경보다 작아서 멤브레인이 어느 한쪽으로 이동되지 않도록 한 단(Step)의 상세도

종래의 튜브형 산기관은 원형의 튜브멤브레인 지지파이프(Sleeve, 3 )와 튜브형 멤브레인( membrane, 2 )의 조립이 용이하도록 하기 위하여 멤브레인의 내경을 지지파이프의 외경보다 약간 또는 충분히 크게 제작할 수 밖에 없는 문제점이 있다.

또한 송풍기로부터 공급되는 다량의 공기( Air )가 튜브멤브레인에 일정한 간격으로 일정한 크기로 타공된 슬릿을 통하여 하수 또는 폐수중에 산기 될 때 송풍 압력에 의하여 일정 정도 부풀려 지게되며, 이때 부풀려진 합성고무 재질의 튜브형 멤브레인은 송풍기가 정지 시 즉시로 원상 회복되지 못하며, 일정정도는 영구적으로 늘어나는 현상이 있다.

송풍기에 의해 처리수 중에서 산기작용을 하는 멤브레인 산기관은 산기관에 일정한 공기압력으로 공기를 공급하는 송풍기가 정지한 경우 산기관의 설치 수심에 의하여 산기관 표면에 작용하게 되는 수압(Water Pressure)에 의하여 멤브레인 지지파이프(3) 외경에 밀착 되어지며, 이렇게 영구적으로 늘어나거나 송풍압에 의하여 늘어난 후 송풍기가 정지된 즉시로 원래대로 회복되지 못하는 멤브레인은 강제적으로 수압에 의해 도5에 도시한 것과 같이 멤브레인(2)의 일부분이 접히게 된다.

이러한 현상이 반복적으로 지속되어지며, 이에 따라 접힌 자리를 따라 멤브레인(2)이 쉽게 찧어지게 되며, 하수 또는 폐수처리장의 산기장치의 구조적 특성 때문에 단 하나의 멤브레인 산기관이 찧어지게 되면 폭기조내 모든 공기 공급관 및 산기관에 슬럿지와 함께 처리수가 유입이 되어 산기장치가 운전 정지 되게 되거나 설계된 용량의 산소를 폭기조에 공급할 수 없게 되어 처리장 운영에 중대한 문제가 되게 된다.

이러한 종래의 튜브형 멤브레인 산기관에서 송풍기 정지시 수압에 의한 튜브 멤브레인의 접힘 현상을 없게 하기 위하여는 튜브형 멤브레인(2)의 원주 길이가 멤브레인 지지파이프(6)의 원주 길이가 작으면서도 튜브형 멤브레인(2)을 원활하게 지지파이프 외경에 끼워져 조립될 수 있도록 하여야 한다.

원형의 지지파이프의 외경 원주 길이는 지지파이프(6)의 외면을 한 개 이상의 요철이 형성되도록 하고 이를 펼칠 경우 원주 길이가 요철의 깊이와 요철의 수에 비례하여 늘어나게 된다.

이와 같이 지지파이프의 원주면에 요철을 형성시킬 경우 튜브형 멤브레인(2)이 요철의 표면에 꺾이지 않는 상태로 완전한 밀착이 이루어지도록 완만한 곡면의 형태의 요철을 형성시켜주어야 한다.

도면 1, 2, 3에서는 지지파이프의 원주에 반원형의 요철을 한 개 또는 여러개가 연속적으로 이어지도록 하는 반원형 요철형 지지파이프( Round Dimple Sleeve, 6 )를 도시하고 있으며, 도면 5에서는 지지파이프의 원주에 직각의 요철면을 갖되 멤브레인이 수압에 의하여 직각으로 꺽이지 않도록 둥근 모서리를 갖는 한 개 또는 여러개가 연속적으로 이어지도록 하는 멤브레인 평면형 요철형 지지파이프( Flat Dimple Sleeve, 7 )의 횡단면을 도시하고 있다.

도6에서 도시하고 있는 것과 같이 요철형 파이프 양단에는 공기 공급관에 산기관을 조립할 수 있도록 어뎁터( Adapter, 4 )와 앤드캡( End Cap, 5 )이 접합 조립되게 되며, 어뎁터와 앤드캡의 외경은 요철형 파이프의 외경보다 작게 제작되어야 하며, 원주 표면이 매끄러운 원형을 유지하여야 한다.

어뎁터와 앤드캡이 접합 조립된 요철형 멤브레인 지지파이프에 합선고무 재질의 멤브레인을 삽입한 후 스테인레스 클렘프( Stainless Clamp, 1 ) 로써 멤브레인을 단단히 고정시키게되며, 이때 고정된 멤브레인은 포기조 내 처리수에서 수축과 팽창이 반복적으로 이루어 지더라도 어뎁터와 앤드캡의 외경이 요철형 지지파이프 외경보다 작아서 스테인레스 클렘프로 고정한 후에는 어느 한쪽으로든 미끄러져 들어가지 않게 된다.

Claims (3)

1. 본 발명의 도1에서 도시한 것과 같이 지지파이프의 원주에 반원형의 요철을 한 개 또는 여러개가 연속적으로 이어지도록 한 반원형 요철형 지지파이프(Round Dimple Sleeve,6)를 구비한 튜브형 멤브레인 산기관(Tube Type Membrane Diffuser)
2. 본 발명의 도6에서 도시한 요철형 지지파이프의 양단에 외경이 지지파이프의 외경보다 작은 어뎁터(Adapter, 4) 와 앤드캡(Endcap, 5)를 구비하여 튜브형 멤브레인이 스테인레스 클렘프(Stainless Clamp, 1)에 의하여 고정한 후에는 어느 한쪽으로 멤브레인이 미끄러지지 않도록 한 구성된 요철형 튜브산기관.
3. [청구항1] 에서 요철형 지지파이프(Dimple Sleeve)의 요철이 도면 5에서 도시하는 것과 같이 지지파이프의 원주에 직각의 요철면을 갖되 멤브레인이 수압에 의하여 직각으로 꺽이지 않도록 둥근 모서리를 갖는 한 개 또는 여러개가 연속적으로 이어지도록 하는 멤브레인 평면형 요철형 지지파이프( Flat Dimple Sleeve, 7 )

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