KR20140001597U

KR20140001597U - 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치

Info

Publication number: KR20140001597U
Application number: KR2020140001441U
Authority: KR
Inventors: 추지화
Original assignee: 추지화
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2014-03-18

Abstract

본 발명은 하수처리장 및 오폐수처리장에서의 폭기조에 산소를 공급하는 튜브형 산기장치에 관한 것으로, 체결조인트부(10), 튜브(20), 멤브레인(30), 클램프밴드(40)로 구성되는 것을 특징으로 한다. 튜브형 산기장치에 체결되어 있는 공기공급관(50)으로부터 공급된 송풍공기는 체결조인트부(10)의 상부공기분산구(12)와 하부공기분산구(13)를 통해 공기가 공급 됨과 동시에 멤브레인의 제2 공기분산통로(32)와 제3 공기분산통로(33)을 통해 공기가 공급되고 동시에 멤브레인(30)이 팽창되고, 송풍압력에 의해 멤브레인의 공기분사구(34)가 열리면서 미세기포가 폭기 되어, 하폐수에 공기가 공급되어 진다. 기존의 튜브형 산기장치는 튜브에 다수의 공기분사구를 만들고 이를 통해 공기를 분사시키고, 상기 분사된 공기는 다시 멤브레인의 공기분사구를 통해 폭기함에 따라 송풍공기의 중단에 따른 슬러지의 침적에 의한 멤브레인의 패쇄로 송풍압력이 증가하고 또한 튜브 말단부까지 폭기하지 못함에 따른 사수부가 증가하였다.
멤브레인에 제1,제2,제3의 공기분산통로를 형성하여 송풍공기의 부하를 감소시킴으로써 적은 송풍 공기압력으로도 미생물들의 하폐수처리 능력을 극대화 시킬 수 있는 공기분산통로를 가진 튜브형 산기장치로써 송풍 에너지를 절약할 수 있는 산기장치에 관한 것이다.

Description

공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치{Aeration Tube Membrane Air diffuser With air distributing vent}

본 고안은 하수 및 폐수처리장에서 폭기조에 설치하여 처리수 내에 배양되는 미생물에 적정한 산소를 공급하는 튜브형 산기장치에 관한 것으로서, 송풍기로부터 공급된 공기를 튜브형 산기장치를 통해 하폐수에 미세한 기포를 방출하고 이를 통해 산소와의 접촉 면적을 넓혀 미생물의 활성화를 높이고, 송풍기의 압력을 감소시킬 수 있는 튜브형 산기장치의 구성 및 형상에 관한 것이다.

일반적으로 오염된 하폐수를 처리하기 위해서는 생물학적 처리공정을 거친다. 도 2와 같이 그 중 폭기조 바닦에 공기공급관(50)과 함께 설치되어 송풍기로부터 공급되는 공기를 멤브레인으로 구성된 산기장치를 통하여 처리수에 미세기포 형태로 공기를 분사 시켜주고 있으며, 외형의 형태에 따라서 디스크형과 튜브형으로 나누어지고 있다.

디스크형 산기장치는 표면에 작은 슬릿이 표면에 펀칭된 원형의 멤브레인을 감싸고 있는 원형의 몸체와 결합된 구조이며, 튜브형 산기장치는 멤브레인 고무막에 “―”형의 슬릿이 펀칭된 표면에 고르게 펀칭된 원형의 멤브레인을 원형파이프가 지지하는 구조이다.

튜브형 산기장치는 멤브레인을 지지하는 파이프가 공기공급관과 니플로써 연결될 수 있도록 한 체결조인트부와 조립되어 지며, 체결조인트부를 통하여 공급되는 공기가 멤브레인과 지지용 파이프 사이를 통과하여 멤브레인에 펀칭된 다수의 “―”형의 슬릿을 통하여 처리수에 미세기포가 분사되도록 되어 있으며, 지지용 파이프에 멤브레인을 클램프밴드로 단단히 고정되고 기밀이 유지되도록 구성되고 있다.

종래의 일반적인 튜브형 산기장치는 내부 튜브에 다수의 공기분사구를 만들어 멤브레인의 슬릿을 통해 기포를 발생 배출하는 방법과 튜브의 외면에 요철을 두고 체결조인트부의 공기통로를 통해 공기를 분산하는 방법이 사용되고 있다.

그러나 튜브형 산기장치의 특성상 압력 상승이 디스크형 산기장치보다 높게 발생함으로써 송풍기의 압력이 증가함에 따라 튜브형 산기장치가 공기량이 증가할수록 산기장치에 압력부하가 커지고 이에 따른 에너지소비증가와 함께 튜브형 산기장치에 송풍압력이 높아짐에 따라 공기의 분산이 되지 못하고 한 쪽으로 치우치는 미세기포의 편중 발포현상에 따라 산기장치의 산소전달효율저하와 멤브레인 고무막 상부에 슬러지의 침착 및 멤브레인의 파손과 체결부의 헐거움으로 인한 공기 공급부가 수중으로 바로 노출되어 멤브레인의 슬릿을 통한 공기가 분출되지 못함에 따라 효과적인 폭기가 되지 못하고, 공기공급배관으로 처리수와 슬럿지가 함께 유입되게 되어 폭기조내 모든 공기공급관에 처리수가 유입되어 처리시스템이 중단되게 되는 중대한 문제가 발생하고 있다.

상기와 같은 문제점의 해결을 위해서는 기존 튜브형 산기장치의 송풍기의 압력감소를 통한 에너지 절감과 송풍된 공기를 일정하게 균등 폭기할 수 있는 멤브레인에 공기분산통로를 가진 튜브형 산기장치가 필요하다.

본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 기술적 과제는 안정적으로 미세한 기포를 방출하여 미생물의 활성화에 최적의 조건을 만드는 것으로 산기장치에 송풍되는 공기의 압력을 저감시키고 산기장치에서 발생하는 기포의 안정적인 폭기 및 혼합과 확산을 이루기 위하여 튜브형 산기장치의 멤브레인의 외주면 둘레와 상부와 하부에 공기분산통로를 마련하고, 일반 PVC 파이프 튜브 활용을 통해 튜브의 가공 비용을 절감하고, 손쉬운 튜브산기장치의 체결을 통해 공사기관의 단축과 함께 고안된 멤브레인의 공기분산통로 구조에 의해 송풍기의 통기 압력 저항을 줄일 수 있는 멤브레인 구조와 공기공급관과 연결되는 체결조인트부를 제공하는데 목적이 있다.

종래의 튜브형 멤브레인 산기장치는 하수 또는 폐수를 처리하는 공법에 따라서 공기공급을 간헐적으로 하게 되는데, 공기송풍 압력이 멤브레인의 수축시 급격히 증가하게 된다. 일정한 압력으로 송풍됨에 따라 튜브의 공기 통로에 유입되는 공기는 멤브레인의 저항에 의해 산기장치의 말단까지 공기의 전달이 되지 못함에 따라 사수부가 발생하게 되고, 사수부를 줄이기 위해 높은 압력으로 송풍할 경우 멤브레인의 찧어짐으로 인하여 하수 및 폐수처리 공정 설계시 요구되었던 산소전달 효율 저하 및 포기조내 불균등 공기 공급에 따라 처리 시스템이 중단되게 되며, 처리수중 배양중인 호기성 미생물이 사멸하게 되는 중대한 사태에 직면하게 된다.

또한, 모든 종류의 합성고무재질의 산기장치용 멤브레인은 수중에서 장기간 사용시 멤브레인에 걸리는 압력차에 의해 자연적인 수축이 일정하게 이루어지게 되어 튜브형 멤브레인이 어느 한쪽으로 밀리게 되면서 산기장치 끝단에 체결 조립된 체결조인트부 상의 공기 공급구가 수중으로 노출되게 된다.

이와같이 체결조인트부 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 와 슬럿지가 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 운영관리와 경제적인 송풍기의 장기간 운영에 적합한 튜브형 멤브레인 산기장치를 발명하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.

본 고안은 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 공기분산통로가 있는 튜브형 산기장치는, 공기공급관(50)과 체결되는 체결조인트부(10)와 상기 체결조인트부의 튜브삽입부(14)에 끼워져 연결되고, 멤브레인(30)을 지지하는 튜브(20)와 체결조인트부(10)와 결합 연결된 튜브(20)의 외경에 밀착되는 튜브형 구조의 멤브레인(30)과 상기 멤브레인(30)을 체결조인트부와 튜브(20)에 고정시키는 결속 수단인 스테인레스 재질의 클램프밴드(40)을 포함하여 구성된다.

공기공급관(50)과 튜브형 산기장치는 공기공급관체결부(11)의 나사산으로 고정 체결되고, 체결조인트부 내부 중심에는 상부공기분산구(12)와 하부공기분산구(13)가 멤브레인의 내부로 관통되어 수직 연장되며, 체결조인트부(10)의 공기공급관체결부(11)로 압송된 공기는 상기 상부공기분산구(12)와 하부공기분산구(13)로 각각 분배되어, 송풍기(60)로부터 공급된 공기가 멤브레인으로 공급된다.

상기 튜브(20)는 가공되지 않은 일반 원형의 PVC 파이프를 사용하고, 상기 멤브레인(30)은 내충격성과 내마모성이 적은 EPDM 재질등과 같은 연질의 소재로 튜브 형상으로 성형되고, 외주면에 다수의 “-”형상의 미세기공인 공기분사구(34)가 형성되고, 또한 외주면 상부와 하부에 각각 제2 공기분산통로(32)와 제3 공기분산통로(33)가 형성되어 상기 체결조인트부(10)로부터 통과된 공기를 멤브레인의 말단까지 균일하게 전달하고, 공기분사구(34)를 통해 미세공기를 처리수에 폭기가 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다. 상기 멤브레인(30)은 튜브(20)에 의해 지지되며, 클램프밴드(40)에 의해 체결조인트부의 체결부(15)와 튜브의 말단부(22)에서 밀착고정되어 폭기시에도 안정된 송풍압력으로도 폭기가 가능하고 고압에 의한 멤브레인이 튜브로부터 이탈하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치는 공기공급관체결부(11)로 압송된 공기를 상부공기분산구(12)와 하부공기분산구(13)로 분산시키고, 분산된 공기는 멤브레인의 제2 공기분산통로(32)와 제3 공기분산통로(33)를 통해 튜브의 말단부(22)까지 저항없이 공기를 이송시키고, 이송된 공기는 멤브레인을 팽창시켜 다수의 미세기공이 있는 멤브레인의 공기분사구(34)를 통해 기포의 확산을 이루어, 송풍기의 송풍저항을 20~30% 감소시키고, 멤브레인의 전체에서 균등한 폭기가 가능하게 하였다.

또한, 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치는 공기분사구(34)의 패색을 예방할 수가 있고, 균일한 기포 발생으로 효율의 증대와 패색으로 일어날 수 있는 압력 변화에 따라 송풍량의 증가로 인한 비용 절감에도 좋은 효과를 볼 수가 있으며, 하폐수처리장 시설에서의 폭기 시스템은 하폐수처리에서 가장 에너지가 집약적으로 소요되는 부분으로 전반적인 운영 비용중 20~60%정도는 통풍시스템 운영비용이라고 할 수가 있듯, 효율적인 에너지 사용은 중요하므로 경제적으로 운영할 수 있게 하여 준다.

도 1은 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 구성도
도 2는 하폐수처리장의 폭기조의 단면도
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 사시도
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 B-B' 단면도
도 5는 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 폭기시의 B-B'단면의 공기흐름도
도 6은 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 C-C'단면도
도 7은 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 체결조인트부, 튜브, 멤브레인의 사시도
도 8은 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 폭기전과 후의 A-A'단면도
도 9은 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 폭기시의 A-A'단면의 공기흐름도
도 10은 본 고안의 또다른 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 멤브레인 사시도

본 고안의 바람직한 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 9는 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치를 도시한 것으로, 도 1은 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 구성도를, 도 2는 하폐수처리장의 폭기조의 단면도를, 도 3은 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 사시도를, 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 B-B' 단면도를, 도 5는 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 폭기시의 B-B' 단면의 공기흐름도를, 도 6은 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 C-C' 단면도를, 도 7은 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 체결조인트부,튜브,멤브레인의 사시도를, 도 8은 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 폭기전과 후의 A-A'단면도를, 도9는 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 폭기시의 A-A' 단면의 공기흐름도를, 도 10은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치의 멤브레인 사시도를 각 각 나타낸 것이다.

본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치(100)는 도 1에 도시한 바와 같이 체결조인트부(10), 튜브(20), 멤브레인(30) 그리고 클램프밴드(40)순으로 연결 결합되어 사용된다.

도 4, 도 6, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 체결조인트부(10)는 내부중심에 공기공급관(50)과 나사결합 되는 나사산이 가공된 공기공급관체결부(11)와 중심에는 공기공급관으로부터 유입되는 공기통로가 형성되고, 말단부는 막혀 있으며 상하부에 각각에 상부공기분산구(12)와 하부공기분산구(13)가 각각 멤브레인의 제2 공기분산통로(32)와 제3 공기분산통로(33)의 위치와 일치하도록 형성되며, 튜브(20)에 밀착고정이 되도록 튜브와 조립 및 체결이 용이하도록 튜브 내경보다 작은 외경의 튜브삽입부(14)를 포함하여 구성된다. 또한, 내충격성과 내마모성이 적은 PP 재질등과 같은 플라스틱의 소재로 하여 일체형으로 성형되고, 여기서 상부공기분산구(12)와 하부공기분산구(13)의 크기를 Ø 10.0 ~ 15.0 mm로 하고, 상하부에 대칭되도록 형성한다.

도 4, 도5, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치(100)의 체결조인트부(10)는 중심에 공기공급구(11)로부터 공급된 공기가 제2 공기분산통로(32)와 제3 공기분산통로(33)로 공기가 유입될 수 있도록, 상하 대칭되도록 상부공기분산구(12)와 하부공기분산구(13)가 형성되고, 튜브(20)에 밀착 연결되게 하는 튜브삽입부(14)와 유입된 공기가 튜브로 분출하지 않도록 막힌 구조로 형성하고, 내부 중심에는 나사산이 형성되어 공기공급관(50)에 체결되도록 구성된다. 체결조인트부(10)의 내부에 형성되는 공기분산구(12),(13)는 180° 대칭으로 2개가 구성되나, 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.

따라서, 상기 체결조인트부(10)의 구조로 인해 유입되는 공기를 효율적으로 제1 공기분산통로(31)와 제2 공기분산통로(32)와 제3 공기분산통로(33)로 분기시켜 산기장치의 폭기량의 각각 50%씩 배출시켜 멤브레인에 공급되는 미세 기포의 양을 효율적으로 분배 배출할 수 있도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치(100)의 튜브(20)는 전체 튜브형 산기장치의 전체적인 균일한 공기 분포를 형성하기 위하여 튜브형 멤브레인을 지지할 수 있는 내구성 있는 두께와 튜브의 외경이 멤브레인의 내경보다 작게 제작되어 지며, 멤브레인에 공기공급을 위한 공기통로나 표면의 요철 등의 가공이 없는 PVC파이프가 사용됨에 따라 튜브의 가공 등에 대한 비용 증가가 없다.

본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치(100)는 도 5, 도 7,도 9에 도시된 바와 같이, 공기 폭기시 상부공기분사구(12)와 하부공기분사구(13)을 통해 공급된 공기는 제2 공기분산통로(32)와 제3 공기분산통로(33)로 유입되어 멤브레인을 팽창시키고, 튜브(20)와 멤브레인(30) 사이의 팽창된 공간을 통해 유입된 공기가 멤브레인에 기공되어 있는 “-”형상의 공기분사구(34)로 미세기포가 폭기되어 하폐수에 공기를 공급하게 된다. 따라서, 본 고안의 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치(100)는 기존 튜브형 산기장치에 비해 송풍기의 압력 부하를 감소시키고 안정된 공기를 공급할 수 있는 산기장치이다. 여기서 멤브레인의 공기통로 형상은 멤브레인의 양쪽 말단부의 외주면을 따라 반타원의 제1 공기분산통로(31),(35)를 형성하고, 상하부에는 상기 제1 공기분산통로의 양 끝단을 연결하는 반타원 형상의 공기분산통로가 상부와 하부에 각각 제2 공기분산통로(32)와 제3 공기분산통로(33)가 형성된다. 공기분산통로의 크기는 Ø 5.0 ~ 15.0 mm 로 180° 대칭으로 2개가 구성되나, 이에 한정하여 사용하는 것은 물론 아니다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 고안의 또다른 실시예에 따른 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치(100)의 멤브레인(30)은 양 끝단의 외주면을 따라 형성된 반타원의 제1 공기분산통로(31),(35) 없이 멤브레인의 상부와 하부에 형성되어 있는 제2 공기분산통로(32)와 제3 공기분산통로(33)를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치를 구성할 수 도 있다.

10 체결조인트부
11 공기공급관체결부
12 상부공기분산구
13 하부공기분산구
14 튜브삽입부
15 체결부
20 튜브
30 멤브레인
31 제1 공기분산통로
32 제2 공기분산통로
33 제3 공기분산통로
34 공기분사구
40 클램프밴드

Claims

튜브형 산기장치에 있어서,
공기공급관(50)에 연결 체결되는 체결조인트부(10)와 상기 체결조인트부에 삽입 고정되어 멤브레인(30)을 지지하는 튜브(20)와 공기분사구(34)가 클램프밴드(40)에 의해 고정되는 부분을 제외한 상부면에 다수가 형성되고, 상기 체결조인트부(10)에 공기공급관(50)으로부터 공급된 공기를 멤브레인 전체에 분산 시키는 제1 공기분산통로(31),(35), 제2 공기분산통로(32), 제3 공기분산통로(33)의 공기분산통로를 가진 멤브레인(30)과, 상기 멤브레인(30)을 체결부(15)와 말단부(22)에 고정 체결하는 클램프밴드(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치(100)
제1항에 있어서,
상기 체결조인트부(10)는 공기공급관(50)과 연결되는 직경의 1/2 크기이하의 상부공기분산구(12)와 하부공기분산구(13)가 형성되고, 내부중심에는 공기공급관(50)이 체결 가능한 나사산이 형성되고, 상기 튜브(20)에 끼워져 밀착 고정되는 크기와 형상의 튜브삽입부(14)와 유입된 공기가 튜브(20)로 누출되지 않고 상부공기분산구(12)와 하부공기분산구(13)로 분산되는 구조를 형성하고, 일체형으로 성형된 체결조인트부(10)을 특징으로 하는 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치(100)
제1항에 있어서,
상기 멤브레인(30)은 상부공기분산구(12)와 하부공기분산구(13)로부터 공급된 공기가 멤브레인의 말단부까지 공기가 균등하게 전달될 수 있도록 제1 공기분산통로(31),(35), 제2 공기분산통로(32), 제3 공기분산통로(33)가 적어도 두 개 이상의 공기분산통로가 형성되고, 상기 튜브(20)의 외경에 원활하게 끼워져 조립될 수 있는 크기로 형성되고, 상기 제2 공기분산통로(32)와 제3 공기분산통로(33)의 시작과 끝부분이 멤브레인의 외주면을 따라 제1 공기분산통로(31),(35)로 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 공기분산통로를 가진 튜브형 멤브레인 산기장치(100)