KR20170104005A - 산기 장치와 그 운전 방법, 및 수처리 장치 - Google Patents

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마나부 사사카와
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Abstract

본 발명은, 상부에 복수의 산기공이 형성된, 수평 방향으로 연장되는 산기관과, 개구관을 구비한 산기 장치로서, 상기 개구관의 일단이 상기 산기관의 말단에 직접 또는 간접적으로 연통하고, 상기 개구관의 개구단이 연직 방향 하향으로 개방하고, 또한 하기 식 (1) 을 만족하는, 산기 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 균일하게 산기할 수 있고, 또한 설치의 편리성이 높고, 배관이 잘 복잡화되지 않는 산기 장치와 그 운전 방법, 및 상기 산기 장치를 구비한 수처리 장치를 제공할 수 있다.
(D × d × n) / Q ≤ 7.5 ··· (1)
(식 (1) 중, D 는 산기관의 내경 (㎜) 이고, d 는 산기공의 직경 (㎜) 이고, n 은 산기관 1 개당 산기공의 수 (개) 이고, Q 는 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량 (ℓ/min) 이다.)

Description

산기 장치와 그 운전 방법, 및 수처리 장치{AERATION DEVICE, OPERATION METHOD THEREFOR, AND WATER TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 막 모듈 유닛의 하방에 배치되는 산기 장치와 그 운전 방법, 및 막 모듈 유닛의 하방에 산기 장치가 배치된 수처리 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 2012년 10월 25일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2012-235750호와, 2012년 11월 22일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2012-256145호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 복수의 산기공 (散氣孔) 이 형성된 산기관을 구비한 산기 장치를, 막 모듈 유닛을 구비한 수처리 장치 (예를 들어 활성 오니 처리 장치, 막 세정 장치, 막 분리 장치, 배수 처리 장치 등) 의 수조 내에, 막 모듈 유닛의 하방에 위치하도록 배치하여, 공기 등의 산기용 기체를 수조 내에 분출시키고, 피처리수를 폭기 (曝氣) 함과 함께, 산기용 기체의 기포의 상승을 이용하여 막 모듈에 부착된 오니 등을 박리시키는 것 (막 모듈의 세정) 이 실시되고 있다.
산기 장치로는, 블로어 등에 접속된 기체 공급관에 산기관이 직접 접속된 것이나, 예를 들어 특허문헌 1 에 나타내는 바와 같이 기체 공급관에 헤더관 등의 주배관을 통해서 복수의 산기관이 접속된 것 등이 알려져 있다.
수조 내에 산기 장치를 배치할 때에는, 예를 들어 도 10 에 나타내는 바와 같이, 말단 (11b) 이 폐색한 산기관 (11) 을, 산기공 (14) 이 상향이 되도록 수평 방향으로 배치하고, 기체 공급관 (42) 으로부터 산기용 기체를 산기관 (11) 의 기단 (11a) 측으로부터 공급한다. 또, 특허문헌 2 에는, 예를 들어 도 11 에 나타내는 바와 같이, 양방의 말단 (11b) 이 폐색한 산기관 (11) 의 중앙에 주배관 (15) 을 접속한 산기 장치가 제안되어 있다.
그러나, 이 경우, 산기관 (11) 내의 말단 (11b) 부근에서 산기용 기체의 난류가 발생하기 쉬워, 말단 (11b) 측의 산기공 (14) 으로부터의 산기가 균일하게 실시되지 않았다. 그 결과, 산기의 치우침이 발생하기 때문에 막 모듈이 충분히 세정되지 않고, 오니 등의 부착 (클로킹) 에 의해 막 모듈의 기능이 저하된다는 문제가 있다.
또, 산기 장치는, 통상적으로 고풍량의 조건으로 운전을 실시하지만, 산기 풍량이 높아질수록 전기 소비량의 증가에 의한 러닝 코스트나 설비비 등이 올라간다는 문제가 있다.
여기서, 본 발명에 있어서 「기단」 이란, 산기용 기체가 공급되는 측의 일단이며, 「말단」 이란, 기단에 대향하는 타단이다. 본 발명에 있어서는, 「기단」 을 간단히 「일단」 이라고 하고, 「말단」 을 간단히 「타단」 이라고 하는 경우가 있다.
그래서, 균일하게 산기시키기 위해서, 특허문헌 3 에는, 예를 들어 도 12 에 나타내는 바와 같이, 주배관 (15) 의 기단 (15a) 측이 말단 (15b) 측보다 높아지도록, 일정한 각도를 부여하여 주배관 (15) 을 배치한 산기 장치가 제안되어 있다.
또, 특허문헌 4 에는, 예를 들어 도 13 에 나타내는 바와 같이, 주배관 (15) 의 말단 (15b) 측이 기단 (15a) 측보다 높아지도록, 일정한 각도를 부여하여 주배관 (15) 을 배치한 산기 장치나, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 측이 기단 (11a) 측보다 높아지도록, 일정한 각도를 부여한 산기관 (11) 의 중앙에 주배관 (15) 에 접속한 산기 장치가 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 평11-244674호 일본 공개특허공보 2010-119976호 일본 공개특허공보 2003-144876호 미국 특허출원공개 제2009/0051057호 명세서
그러나, 도 12 ∼ 14 에 나타내는 바와 같이, 주배관이나 산기관을 일정한 각도를 부여하여 배치하는 것은 곤란하고, 또, 경험으로부터 계산하여 배치 장소를 판단하는 경우가 많아, 범용성이 부족하다. 또, 배관이 복잡화되기 쉬워지는 경향도 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 균일하게 산기할 수 있고, 또한 설치의 편리성이 높고, 배관이 잘 복잡화되지 않는 산기 장치, 그 운전 방법, 및 상기 산기 장치를 구비한 수처리 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 이하의 양태를 갖는다.
[1] 상부에 복수의 산기공이 형성된, 수평 방향으로 연장되는 산기관과, 일단이 상기 산기관의 말단에 직접 또는 간접적으로 연통하고, 타단이 연직 방향의 하향으로 개방한, 연직 방향으로 연장되는 개방관을 구비하고, 하기 식 (1) 을 만족하는, 산기 장치.
(D × d × n) / Q ≤ 8 ··· (1)
(식 (1) 중, D 는 산기관의 내경 (㎜) 이고, d 는 산기공의 직경 (㎜) 이고, n 은 산기관 1 개당 산기공의 수 (개) 이고, Q 는 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량 (ℓ/min) 이다.)
[2] 외부로부터 기체가 공급되는 주배관과, 기단이 상기 주배관에 연통하는 복수의 상기 산기관과, 상기 개방관을 구비한, 상기 [1] 에 기재된 산기 장치.
[3] 상기 주배관과, 상기 복수의 산기관과, 상기 산기관마다, 일단이 상기 산기관의 말단에 직접 연통하는 상기 개방관을 구비한, 상기 [2] 에 기재된 산기 장치.
[4] 상기 주배관과, 상기 복수의 산기관과, 상기 산기관의 말단끼리를 연통시키는 연통 부재와, 일단이 상기 연통 부재에 연통하는 1 개 또는 복수의 상기 개방관을 구비한, 상기 [2] 에 기재된 산기 장치.
[5] 상기 산기관의 개수 A 와 상기 개방관의 개수 B 의 비 (A/B) 가 1 ∼ 3.5 인, 상기 [4] 에 기재된 산기 장치.
[6] 상기 산기관의 내경 D 가 6 ∼ 20 ㎜ 이고, 상기 산기공의 직경 d 가 5 ∼ 6 ㎜ 인, 상기 [1] ∼ [5] 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치.
[7] 상기 산기공의 수가, 상기 산기관의 1 개당 3 ∼ 5 개인, 상기 [1] ∼ [6] 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치.
[8] 상기 복수의 산기공의 간격이 50 ∼ 120 ㎜ 인, 상기 [1] ∼ [7] 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치.
[9] 수조와, 상기 수조 내에 배치된 막 모듈 유닛과, 상기 막 모듈 유닛의 하방에 배치된 상기 [1] ∼ [8] 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치를 구비한, 수처리 장치.
[10] 상부에 복수의 산기공이 형성된, 수평 방향으로 연장되는 산기관과, 일단이 상기 산기관의 말단에 직접 또는 간접적으로 연통하고, 타단이 연직 방향 하향으로 개방한, 연직 방향으로 연장되는 개방관을 구비한 산기 장치의 운전 방법으로서, 하기 식 (1) 을 만족하도록, 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량을 조절하는, 산기 장치의 운전 방법.
(D × d × n) / Q ≤ 8 ··· (1)
(식 (1) 중, D 는 산기관의 내경 (㎜) 이고, d 는 산기공의 직경 (㎜) 이고, n 은 산기관 1 개당 산기공의 수 (개) 이고, Q 는 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량 (ℓ/min) 이다.)
또, 본 발명은 이하의 측면을 갖는다.
＜1＞ 외부로부터 기체가 공급되는 주배관과, 기단이 상기 주배관에 연통하고, 상부에 산기공이 형성된, 수평 방향으로 연장되는 복수의 산기관과, 상기 산기관의 말단끼리를 연통시키는 연통 부재와, 일단이 상기 연통 부재를 통해서 상기 산기관의 말단에 연통하는 1 개 또는 복수의 개방관을 구비한, 산기 장치.
＜2＞ 상기 개방관의 타단이, 연직 방향의 하향으로 개방하고, 연직 방향으로 연장되어 있는, ＜1＞ 에 기재된 산기 장치.
＜3＞ 상기 산기관의 개수 A 와 상기 개방관의 개수 B 의 비 (A/B) 가 1 ∼ 3.5 인, ＜1＞ 또는 ＜2＞ 에 기재된 산기 장치.
＜4＞ 상기 산기관의 내경 D 가 6 ∼ 20 ㎜ 이고, 상기 산기공의 직경 d 가 5 ∼ 6 ㎜ 인, ＜1＞ ∼ ＜3＞ 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치.
＜5＞ 상기 산기공의 수가, 상기 산기관의 1 개당 3 ∼ 5 개인, ＜1＞ ∼ ＜4＞ 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치.
＜6＞ 상기 산기공의 간격이 50 ∼ 120 ㎜ 인, ＜5＞ 에 기재된 산기 장치.
＜7＞ 수조와, 상기 수조 내에 배치된 막 모듈 유닛과, 상기 막 모듈 유닛의 하방에 배치된 <1> ∼ <6> 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치를 구비한, 수처리 장치.
본 발명은 또한 이하의 양태를 갖는다.
[1] 상부에 복수의 산기공이 형성된, 수평 방향으로 연장되는 산기관과, 개구관을 구비한 산기 장치로서, 상기 개구관의 일단이 상기 산기관의 말단에 직접 또는 간접적으로 연통하고, 상기 개구관의 개구단이 연직 방향 하향으로 개방하고, 또한 하기 식 (1) 을 만족하는, 산기 장치；
(D × d × n) / Q ≤ 7.5 ··· (1)
(식 (1) 중, D 는 산기관의 내경 (㎜) 이고, d 는 산기공의 직경 (㎜) 이고, n 은 산기관 1 개당 산기공의 수 (개) 이고, Q 는 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량 (ℓ/min) 이다.)
[2] 산기의 균일성을 나타내는 지표인 표본 분산이, 하기 식 (2) 를 만족하는 상기 [1] 에 기재된 산기 장치；
표본 분산 = {(V1 － V)2 ＋ (V2 － V)2 ＋ ··· ＋ (Vn － V)2} / n ≤ 2 ··· (2)
(식 (2) 중, V1, V2, ··· Vn 은 산기관 1 개당 형성된 n 개의 산기공으로부터 각각 산기되는 공기의 유속이고, V 는 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 평균 유속이다.)
[3] 외부로부터 기체가 공급되는 주배관과, 복수의 상기 산기관과, 상기 개구관을 구비한 산기 장치로서, 상기 산기관의 기단이 상기 주배관에 연통하고 있는, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 산기 장치；
[4] 상기 주배관과, 상기 복수의 산기관과, 상기 개구관을 구비하고, 상기 개구관의 일단이 상기 산기관마다의 말단에 직접 연통하고 있는, 상기 [3] 에 기재된 산기 장치；
[5] 상기 주배관과, 상기 복수의 산기관과, 상기 산기관의 말단끼리를 연통시키는 연통 부재와, 일단이 상기 연통 부재에 연통하고 있는 1 개 또는 복수의 상기 개구관을 구비한, 상기 [3] 에 기재된 산기 장치；
[6] 상기 산기관의 개수 A 와 상기 개구관의 개수 B 의 비 (A/B) 가 1 ∼ 3.5 인, 상기 [5] 에 기재된 산기 장치；
[7] 상기 산기관의 길이 L 이 200 ∼ 500 ㎜ 인, 상기 [1] ∼ [6] 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치；
[8] 상기 산기관의 내경 D 가 6 ∼ 20 ㎜ 이고, 상기 산기공의 직경 d 가 3 ∼ 10 ㎜ 인, 상기 [1] ∼ [7] 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치；
[9] 상기 산기관 1 개당 상기 산기공의 수가 3 ∼ 5 개인, 상기 [1] ∼ [8] 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치；
[10] 상기 복수의 산기공의 간격이 50 ∼ 120 ㎜ 인, 상기 [1] ∼ [9] 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치；
[11] 수조와, 상기 수조 내에 배치된 막 모듈 유닛과, 상기 막 모듈 유닛의 하방에 배치된 상기 [1] ∼ [10] 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치를 구비한, 수처리 장치；
[12] 상부에 복수의 산기공이 형성된, 수평 방향으로 연장되는 산기관과, 개구관을 구비하고, 상기 개구관의 일단이 상기 산기관의 말단에 직접 또는 간접적으로 연통하고, 상기 개구관의 개구단이 연직 방향 하향으로 개방하고, 또한 연직 방향으로 연장되어 있는 산기 장치의 운전 방법으로서, 하기 식 (1) 을 만족하도록, 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량을 조절하는, 산기 장치의 운전 방법.
(D × d × n) / Q ≤ 7.5 ··· (1)
(식 (1) 중, D 는 산기관의 내경 (㎜) 이고, d 는 산기공의 직경 (㎜) 이고, n 은 산기관 1 개당 산기공의 수 (개) 이고, Q 는 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량 (ℓ/min) 이다.)
본 발명에 의하면, 균일하게 산기할 수 있고, 또한 설치의 편리성이 높고, 배관이 잘 복잡화되지 않는 산기 장치와 그 운전 방법, 및 상기 산기 장치를 구비한 수처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 산기 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 산기 장치의 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 산기 장치의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 4 는, 도 3 에 나타내는 산기 장치를 각 부재마다 분해한 분해 사시도이다.
도 5 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 산기 장치의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 6 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 산기 장치의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 7 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 산기 장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 8 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 수처리 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 9 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 막 모듈 유닛의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 10 은, 종래의 산기 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 11 은, 종래의 산기 장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 12 는, 종래의 산기 장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 13 은, 종래의 산기 장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 14 는, 종래의 산기 장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
[산기 장치]
이하, 본 발명의 산기 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태예인 산기 장치를 나타내는 사시도이다. 이 예의 산기 장치 (10) 는, 수평 방향으로 연장되는 산기관 (11) 과, 개구관 (12) 과, 접속 부재 (13) 를 구비한다.
또한, 후술하는 도 2 ∼ 9 에 있어서, 도 1 과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
산기관 (11) 은, 길이 방향에 수직인 단면 (이하, 「수직 단면」 이라고 한다.) 이 예를 들어 원형인 원관으로 이루어지고, 그 둘레벽의 상부에는, 산기용 기체 (이하, 간단히 「기체」 라고 한다.) 를 분출하기 위한 원형의 산기공 (14) 이 복수, 산기관 (11) 의 길이 방향을 따라 일렬로 형성되어 있다.
산기관 (11) 의 재질로는, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 수지, ABS 수지, 염화비닐 수지 등의 합성 수지나, 금속 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 둘레벽의 상부란, 산기관 (11) 을 수평 방향으로 배치했을 때에, 산기관 (11) 의 축선보다 상측에 위치하는 부분의 둘레벽이다. 그리고, 산기공 (14) 의 중심이 산기관 (11) 의 둘레벽의 상부에 위치하고 있는 경우, 이 산기공 (14) 은 산기관 (11) 의 상부에 형성되어 있는 것으로 한다. 즉, 본 발명의 산기 장치의 하나의 양태에 있어서는, 산기관 (11) 을 수평 방향으로 배치했을 때에, 산기공 (14) 이 연직 방향 상방을 향하도록, 산기관 (11) 에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
산기관 (11) 의 내경 D 는, 6 ∼ 20 ㎜ 인 것이 바람직하고, 9 ∼ 13 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 산기관 (11) 의 내경 D 가 상기 범위 내이면, 산기공 (14) 에 걸리는 산기 압력을 균일화할 수 있어, 기체를 보다 균일하게 산기할 수 있다. 산기공 (14) 으로부터 기체를 보다 균일하게 산기할 수 있으면, 산기 장치 (10) 의 바로 위의 영역 내에 배치된 막 모듈 유닛의 수처리 효과와 세정 효과가 향상되기 때문에 바람직하다.
여기서, 산기관 (11) 의 내경 D 란, 산기관 (11) 의 직경으로부터, 관의 두께분을 뺀 실제로 액체 또는 기체가 흐르는 부분의 직경을 가리킨다. 또, 산기관 (11) 의 길이 방향에 수직인 단면은, 원형인 것이 바람직하다. 또, 상기 수직 단면이 타원형인 경우, 산기관 (11) 의 내경 D 란, 산기관 (11) 의 상기 수직 단면의 중심을 통과하도록 그어진 직선 중, 가장 긴 선을 가리킨다. 또, 산기관 (11) 은, 그 길이 방향에 있어서 내경 D 가 변화하지 않는 형상인 것이 바람직하다.
또, 산기공 (14) 의 직경 d 는, 3 ∼ 10 ㎜ 인 것이 바람직하고, 3.5 ∼ 6.5 인 것이 보다 바람직하며, 4 ∼ 6 ㎜ 인 것이 더욱 바람직하다.
산기관 (11) 에 흘러든 기체는, 산기공 (14) 으로부터 외부로 분출된다. 이 때, 분출된 기체가 기포가 되어, 하방에서 상방으로 상승한다. 이에 따라, 상세한 내용은 후술하지만, 산기 장치 (10) 의 바로 위의 영역 내를 상승하는 기포가 균일해져, 상기 영역 내에 배치된 막 모듈 유닛의 수처리 효과와 세정 효과가 향상된다. 그 효과를 실현시키기 위해서, 산기관 (11) 에 형성되어 있는 산기공 (14) 의 수는, 산기관 1 개당 3 ∼ 5 개인 것이 바람직하다. 또한, 상세한 내용은 후술하지만, 산기 장치가 복수의 산기관을 갖는 경우, 산기관 1 개당 산기공 (14) 의 수를 통일하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 하나의 양태에 있어서, 「복수의 산기공이 형성된 산기관」 은, 그 둘레벽에 3 ∼ 5 개의 산기공이 형성되어 있는 산기관인 것이 바람직하다.
또, 산기공 (14) 의 간격은, 50 ∼ 120 ㎜ 인 것이 바람직하고, 80 ∼ 100 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 산기공 (14) 의 간격이 50 ㎜ 이상이면, 산기관 (11) 의 길이가 적당히 길어지므로, 광범위의 막 모듈을 세정할 수 있다. 단, 산기공 (14) 의 간격이 넓어짐에 따라, 산기공 (14) 과의 사이의, 상방에 위치하는 막 모듈에 기포가 닿기 어려워져, 충분히 세정할 수 없게 되는 경우가 있다. 따라서, 산기공 (14) 의 간격은 120 ㎜ 이하가 바람직하다. 여기서, 「산기공 (14) 의 간격」 이란, 산기관 (11) 을 수평으로 배치한 상태로 상기 산기 장치를 연직 방향으로부터 평면에서 보았을 때, 일방의 산기공 (14) 의 중심으로부터, 상기 일방의 산기공 (14) 에 인접하는 타방의 산기공 (14) 의 중심까지의 거리를 가리킨다.
또, 본 발명의 산기 장치의 하나의 양태에 있어서, 산기관 (11) 의 길이 L 은, 200 ∼ 500 ㎜ 인 것이 바람직하고, 250 ∼ 400 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 산기관 (11) 의 길이란, 산기관 (11) 의 기단으로부터 개구관 (12) 의 접속부까지의 거리를 가리킨다. 또, 산기관 (11) 의 기단에 접속 부재 (13) 가 접속되어 있는 경우, 상기 길이 L 은, 산기관 (11) 의 접속 부재 (13) 와의 접속부로부터 개구관 (12) 의 접속부까지의 거리를 가리킨다. 즉, 도 1 에 있어서는, 접속 부재 (13) 의 타단 (13b) 으로부터 개구관 (12) 의 일단 (12a) 까지의 거리를 가리킨다.
그런데, 상세한 내용은 후술하지만, 산기관 (11) 의 기단 (11a) 측에 형성된 산기공 (14), 즉, 기단 (11a) 에 인접하는 산기공 (14) 으로부터 개구관 (12) 까지의 거리가 길어질수록, 압력 손실에 의해 산기 장치 (10) 중, 특히 산기관 (11) 중에 체류하는 오니량이 많아져, 오니가 산기 장치 (10) 내에서 부패하거나, 고형화하거나 하기 쉬워진다.
산기관 1 개당 산기공 (14) 의 수가 5 개 이하이고, 산기공 (14) 의 간격이 120 ㎜ 이하이면, 산기관 (11) 의 기단 (11a) 에 인접하는 산기공 (14) 으로부터 개구관 (12) 까지의 거리가 지나치게 길어지지 않으므로, 오니가 체류하기 어려워진다. 즉, 본 발명의 산기 장치의 하나의 양태에 있어서는, 산기관 (11) 의 기단 (11a) 에 인접하는 산기공 (14) 으로부터 개구관 (12) 까지의 거리는, 20 ∼ 120 ㎜ 인 것이 바람직하다. 상기 거리가 20 ∼ 120 ㎜ 이면, 오니가 잘 체류하지 않게 되기 때문에 바람직하다. 또, 상기 거리는, 산기관 (11) 을 수평으로 배치한 상태로 산기 장치를 연직 방향으로부터 평면에서 보았을 때의, 기단 (11a) 측에 인접하는 산기공 (14) 의 중심으로부터 개구관 (12) 의 타단 (12b) 까지의 거리를 가리킨다.
개구관 (12) 은, 일단 (12a) 이 산기관 (11) 의 말단 (11b) 에 자유롭게 착탈할 수 있도록 직접 연통하고, 타단 (12b) 이 연직 방향 하향으로 개방하고, 또한 타단 (12b) 측이 연직 방향 하향으로 연장되어 있으며, 또한 길이 방향으로 수직인 단면이 원형인 원관이다. 여기서, 연직 방향 하향이란, 비스듬한 하향도 포함하는 것으로 한다. 또, 산기관 (11) 의 상단의 접선으로부터 개구관 (12) 의 타단 (12b) 까지의, 연직 방향 하향으로 신장된 관부의 길이는, 산기관 (11) 의 내경 D 에 대해, 2 ∼ 5 배인 것이 바람직하다. 또, 산기관 (11) 에 공급하는 공기의 유량이 큰 경우에는, 그 길이를 비교적 길게, 예를 들어 50 ㎜ ∼ 100 ㎜ 정도로 형성하는 것이 바람직하다.
개구관 (12) 으로는, 90° 엘보관 등을 들 수 있다.
개구관 (12) 의 재질로는, 산기관 (11) 의 재질의 설명에 있어서 앞서 예시한 합성 수지나 금속 등을 들 수 있다.
또, 개구관 (12) 의 타단 (12b) 의 내경은, 산기관 (11) 의 내경 D 와 동일해도 되고, 상이해도 된다.
접속 부재 (13) 는, 기체를 산기 장치 (10) 에 공급하는 기체 공급 장치의 기체 공급관과 산기관 (11) 을 접속하는 것이다.
접속 부재 (13) 는, 일단 (13a) 이 연직 방향의 상향으로 개방하고, 타단 (13b) 이 산기관 (11) 에 자유롭게 착탈할 수 있도록 연통하고, 또한 일단 (13a) 측이 연직 방향의 상향으로 신장하고 있으며, 또한 길이 방향에 수직인 단면이 원형인 원관이다. 또, 접속 부재 (13) 의 일단 (13a) 은 기체 공급관에 자유롭게 착탈할 수 있도록 접속된다.
접속 부재 (13) 의 재질로는, 산기관 (11) 의 재질의 설명에 있어서 앞서 예시한 합성 수지나 금속 등을 들 수 있다.
본 발명의 하나의 양태에 있어서, 산기 장치 (10) 는 하기 식 (1) 을 만족한다.
(D × d × n) / Q ≤ 7.5 ··· (1)
(식 (1) 중, D 는 산기관의 내경 (㎜) 이고, d 는 산기공의 직경 (㎜) 이고, n 은 산기관 1 개당 산기공의 수 (개) 이고, Q 는 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량 (ℓ/min) 이다.)
또, 상기 산기 장치 (10) 는, 산기의 균일성을 나타내는 지표인 표본 분산이, 하기 식 (2) 를 만족하는 것이 바람직하다.
표본 분산 = {(V1 － V)2 ＋ (V2 － V)2 ＋ ··· ＋ (Vn － V)2} / n ≤ 2 ··· (2)
(식 (2) 중, V1, V2, ··· Vn 은 산기관 1 개당 형성된 n 개의 산기공으로부터 각각 산기되는 공기의 유속이고, V 는 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 평균 유속이다.)
상기 표본 분산은, 산기공 (14) 으로부터 산기되는 기체의 풍량과, 산기공 (14) 으로부터 산기되는 기체의 유속을 기초로 산출할 수 있는 값이다. 상기 표본 분산의 값이 2 이하이면, 산기공 (14) 으로부터 균일하게 산기가 실시되기 때문에 바람직하고, 1.5 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 이하인 것이 더욱 바람직하다.
산기 장치 (10) 에 공급되는 기체의 풍량은, 통상적으로 산기관 (11) 에 형성된 각 산기공 (14) 으로부터 산기되는 기체의 풍량의 합계에 동등하다.
그런데, 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속은, 산기관 (11) 의 내경 D 에 영향을 받는다. 산기관 (11) 의 내경 D 가 커짐에 따라 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속은 늦어지는 경향이 있고, 산기관 (11) 의 내경 D 가 작아짐에 따라 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속은 빨라지는 경향이 있다. 그리고, 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속이 빨라질수록, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 까지 기체가 도달하기 쉬워지고, 그 결과, 각 산기공 (14) 으로부터 산기되는 기체의 풍량의 균일성이 향상된다. 그러나, 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속이 지나치게 빨라지면, 산기관 (11) 내의 압력 손실이 증대하고, 그 결과, 산기 에너지가 증대할 염려가 있다. 산기 에너지가 증대하면, 에너지 소비량이나 러닝 코스트가 오르기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명자들은 예의 검토한 결과, 상기 식 (1) 을 만족하도록 산기관 (11) 의 내경 D 와, 산기공 (14) 의 직경 d 와, 산기관 1 개당 산기공 (14) 의 수 n 과, 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량 Q 를 조정함으로써, 산기 에너지가 증대하지 않을 정도의 속도로 기체가 산기관 (11) 내를 흐르게 되는 것을 알아내었다.
산기 장치 (10) 가 상기 식 (1) 을 만족하면, 적당히 빠른 유속으로 기체가 산기관 (11) 의 말단 (11b) 까지 흐르므로, 산기 에너지를 증대시키는 일 없이, 각 산기공 (14) 으로부터 기체를 균일하게 산기할 수 있다. 따라서, 막 모듈을 충분히 세정할 수 있어, 오니 등의 부착 (클로킹) 에 의한 막 모듈의 기능 저하를 억제할 수 있다.
또한, 풍량 Q 가 증가하면, 각 산기공 (14) 으로부터 흘러나오는 풍량도 증가하여, 균일하게 산기되기 쉬워지는 경향이 있다. 따라서, 풍량 Q 의 값이 충분히 커지고, 산기의 균일성이 향상되는 점에서, (D × d × n) / Q 의 하한값은 0.1 이상이 바람직하다. 즉, 본 발명의 하나의 양태에 있어서, 산기 장치 (10) 는, 0.1 ≤ (D × d × n) / Q ≤ 7.5 를 만족하는 것이 바람직하고, 1.0 ≤ (D × d × n) / Q ≤ 5.5 를 만족하는 것이 보다 바람직하다.
또, 각 산기공 (14) 으로부터 흐르는 풍량은, 메스 실린더 등의 용기를 이용하여, 산기공으로부터 토출되는 에어를 채취하는 방법에 의해 측정할 수 있다.
＜작용 효과＞
본 실시형태예의 산기 장치 (10) 는, 수평 방향으로 연장되는 산기관 (11) 과, 타단 (12b) 측이 연직 방향 하향으로 연장되는 개구관 (12) 을 구비하고, 개구관 (12) 의 일단 (12a) 이 산기관 (11) 의 말단 (11b) 에 연통하고, 또한 개구관 (12) 의 타단 (12b) 이 연직 방향 하향으로 개방하고 있다. 그 때문에, 산기 장치 (10) 를 수처리 장치의 수조 내에 침지시키면, 개구관 (12) 에는 상향으로 수압이 걸리고, 즉, 도 2 에 나타내는 바와 같이 개구관 (12) 에 피처리수 (21) 가 인입되어, 수면이 뚜껑 역할을 한다. 그 결과, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 으로부터 기포가 유출하는 일 없이, 균일하게 압력이 널리 퍼져, 복수의 산기공 (14) 으로부터 기체를 균일하게 산기할 수 있다. 특히, 산기관 (11) 의 내경 D 가 작아짐에 따라 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속은 빨라지는 경향이 있다. 그리고, 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속이 빨라질수록, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 까지 기체가 도달하기 쉬워지므로, 복수의 산기공 (14) 으로부터 기체를 보다 균일하게 산기할 수 있다. 따라서, 막 모듈을 충분히 세정할 수 있어, 오니 등의 부착 (클로킹) 에 의한 막 모듈의 기능의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 에 개구관 (12) 이 연통하고 있지 않은 경우 (즉, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 이 수평 방향으로 개방되어 있는 경우) 나, 타단이 수평 방향으로 개방한, 수평 방향으로 연장되는 개구관이 산기관 (11) 의 말단 (11b) 에 연통하고 있는 경우에는, 산기관 (11) 내의 기체가 산기관 (11) 의 말단 (11b) 이나, 수평 방향으로 연장되는 개구관의 개구단으로부터 일산 (逸散) 해 버려, 기체를 균일하게 산기할 수 없게 된다.
게다가, 본 실시형태예의 산기 장치 (10) 는, 상기 식 (1) 을 만족하므로, 기체의 균일 산기성이 향상된다.
또, 본 실시형태예의 산기 장치 (10) 는, 산기관 (11) 이 수평 방향으로 연장되어 있으므로, 도 12 ∼ 14 와 같이 산기관을 일정한 각도를 부여하여 배치할 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 산기 장치 (10) 는 설치의 편리성이 높고, 또, 배관이 복잡화되기 어렵다.
그런데, 수처리 장치의 수조 내에 침지시킨 산기 장치의 운전을 정지하면, 오니 등의 협잡물을 포함하는 피처리수가 산기관 등에 침입하고, 오니 등이 침전하여 산기관의 하부에 퇴적한다.
산기 장치의 운전을 재개하면 피처리수는 산기공으로부터 배출되지만, 예를 들어 도 10 ∼ 14 에 나타내는 산기 장치와 같이 산기공이 산기관의 상부에 형성되어 있고 (즉, 산기공이 상향으로 형성되어 있다), 또한 산기관의 말단이 폐색되어 있으면, 산기관의 하부에 퇴적한 오니는 잘 배출되지 않고, 산기관 내에 체류한 상태가 된다. 이 체류한 오니는 산기관에 공급되는 기체에 의해 서서히 건조되어 조대화 (粗大化) 되고, 머지않아 박리되어 기체 흐름을 타고 이동하여, 산기공을 폐색하게 된다. 산기공이 폐색하면, 균일하게 산기할 수 없게 되기 때문에, 산기 장치의 운전을 정지하고, 산기관 등을 청소할 필요가 있다.
그러나, 본 실시형태예의 산기 장치 (10) 라면, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 에, 타단 (12b) 이 연직 방향 하향으로 개방하고 있는 개구관 (12) 이 연통하고 있다. 그 때문에, 산기 장치 (10) 의 운전을 재개하면, 산기관 (11) 내의 피처리수가 배출되는 기세나 폭기 압력에 의해, 산기관 (11) 내에 침입한 오니 등을 포함하는 피처리수는, 산기관 (11) 의 상부에 형성된 산기공 (14) 을 폐색하는 일 없이 개구관 (12) 으로부터 배출된다. 또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 일단 산기관 (11) 으로부터 배출된 피처리수 (21) 의 수면은, 산기관 (11) 보다 하측이기 때문에, 피처리수 (21) 에 포함되는 오니가 기체에 의해 건조되고, 조대화되어 산기공 (14) 을 폐색하는 것을 억제할 수 있다.
본원의 산기 장치 (10) 는, 타단 (12b) 이 연직 방향 하향으로 개방하고 있는 개구관 (12) 에 더하여, 산기공 (14) 이 산기관 (11) 의 상부에 형성되어 있으므로, 오니가 중력을 거슬러 산기공 (14) 에 부착되는 것은 곤란하고, 산기공 (14) 이 폐색하는 것을 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 피처리수 중에 수 ㎜ 정도 크기의 조대한 오니 등의 협잡물이 많이 포함되는 경우나, 산기를 장시간 정지한 채로 방치하는 것이 상정될 때에는, 산기공 (14) 을 산기관 (11) 의 상부에 형성하는 것이 유효하다.
단, 개구관 (12) 과, 산기관 (11) 의 기단 (11a) 에 인접하는 산기공 (14) 의 거리가 길어질수록, 압력 손실에 의해 산기 장치 (10) 의 정지 중에 체류하는 오니량이 많아져, 오니가 산기 장치 (10) 내에서 부패하거나, 고형화하거나 하기 쉬워진다. 산기 장치 (10) 중에 체류하는 오니량을 줄이려면, 상기 서술한 바와 같이, 산기공 (14) 의 수를 산기관 1 개당 5 개 이하로 하거나, 산기공 (14) 의 간격을 120 ㎜ 이하로 하거나 하는 것이 바람직하다.
또한, 산기공이 산기관의 하부에 형성되어 있으면 (즉, 산기공이 하향으로 형성되어 있으면), 산기 장치의 운전을 재개함으로써 상기 산기공으로부터도 오니 등을 포함하는 피처리수가 배출된다. 그러나, 조대 고형물이 미리 산기관 내에 체류하고 있거나, 오니 등이 부패하여 고형화할 정도로 장시간 운전을 정지하거나 하는 경우에는, 고형물은 하향의 산기공으로부터 신속하게 배출되지 않고, 그대로 산기공을 폐색하게 된다.
그러나, 본 발명과 같이 산기공이 산기관의 상부에 형성되어 있으면, 조대 고형물이 미리 산기관 내에 체류하고 있거나, 오니 등이 부패하여 고형화할 정도로 장시간 운전을 정지하거나 해도, 고형물이 산기공을 폐색하기 어렵다. 여기서, 산기공이 하향으로 형성되어 있다는 것은, 산기관의 축선보다 하측에 위치하는 부분의 둘레벽에 산기공이 형성되어 있는 것을 가리킨다.
이와 같이, 본 실시형태의 산기 장치 (10) 라면, 오니 등에 의한 산기공 (14) 의 폐색이 잘 일어나지 않기 때문에, 산기공 (14) 으로부터의 균일 산기를 유지할 수 있다. 또한, 산기관 (11) 등을 청소하는 경우에도, 산기관 (11) 과 개구관 (12) 과 접속 부재 (13) 는 서로 자유롭게 착탈할 수 있도록 장착되어 있으므로, 청소가 용이하고, 메인터넌스가 매우 간편하다.
＜다른 실시형태예＞
본 발명의 산기 장치는 도 1 에 나타내는 것에 한정되지 않는다. 도 1 에 나타내는 산기 장치 (10) 는 1 개의 산기관 (11) 을 구비하고 있지만, 산기관 (11) 의 수는 복수여도 된다. 산기관 (11) 을 복수 구비하는 산기 장치로는, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같은, 외부로부터 기체가 공급되는, 수평 방향으로 연장되는 주배관 (15) 과, 복수의 산기관 (11) 과, 복수의 개구관 (12) 을 구비한 산기 장치 (10) 를 들 수 있다.
도 3 에 나타내는 산기 장치 (10) 의 경우, 주배관 (15) 과 산기관 (11) 이 직교하도록, 산기관 (11) 의 기단 (11a) 이 접속 부재 (13) 를 통해서 주배관 (15) 에 자유롭게 착탈할 수 있도록 연통하여 장착되고, 산기관 (11) 마다 개구관 (12) 의 일단 (12a) 이 산기관 (11) 의 말단 (11b) 에 직접 연통하고 있다 (도 4 참조).
주배관 (15) 은, 그 기단 (15a) 이 기체 공급관에 자유롭게 착탈할 수 있도록 접속되고, 기체 공급 장치로부터 공급된 기체를 각 산기관 (11) 에 보내는 것이다.
주배관 (15) 은, 예를 들어, 길이 방향에 대해 수직인 단면이 원형인 원관이며, 주배관 (15) 을 수평으로 배치한 상태로 그 둘레벽의 측부에는, 도 4 에 나타내는 바와 같이 접속 부재 (13) 와 접속하기 위한 원형의 접속 구멍 (16) 이 복수, 주배관 (15) 의 길이 방향을 따라 일렬로 형성되어 있다.
주배관 (15) 으로는, 헤더관 등을 들 수 있다.
주배관 (15) 의 재질로는, 산기관 (11) 의 재질의 설명에 있어서 앞서 예시한 합성 수지나 금속 등을 들 수 있다.
또한, 도 4 는, 주배관 (15) 으로부터 접속 부재 (13) 를 떼어내고, 산기관 (11) 으로부터 접속 부재와 개구관 (12) 을 떼어낸 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
본 발명의 산기 장치의 하나의 양태에 있어서, 상기 주배관 (15) 을 수평으로 배치한 상태로 상기 산기 장치를 연직 방향으로부터 평면에서 보았을 때의, 주배관 (15) 의 기체 공급관과의 접속부인 기단으로부터 말단까지의 길이, 즉, 도 4 에 있어서, 주배관 (15) 의 기단 (15a) 으로부터 다른 일방의 단부까지의 길이는, 150 ∼ 2500 ㎜ 인 것이 바람직하고, 200 ∼ 2200 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 또, 주배관 (15) 의 내경은, 산기의 균일성의 관점에서, 20 ∼ 100 ㎜ 인 것이 바람직하고, 40 ∼ 90 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다.
주배관 (15) 의 내경이란, 주배관 (15) 의 직경으로부터 관의 두께분을 뺀, 실제로 액체 또는 기체가 흐르는 부분의 직경을 가리킨다. 또, 전술한 바와 같이, 주배관 (15) 의 길이 방향에 수직인 단면은 원형인 것이 바람직하다. 또, 상기 단면이 타원 형상인 경우, 주배관 (15) 의 내경이란, 주배관 (15) 의 상기 단면에 있어서, 주배관 (15) 의 중심을 통과하도록 그어진 직선 중, 가장 긴 선을 가리킨다. 또, 주배관 (15) 은, 그 길이 방향에 있어서 내경이 변화하지 않는 형상인 것이 바람직하다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 산기 장치 (10) 가 복수의 산기관 (11) 을 구비하고 있으면, 한번에 의해 많은 기체를 산기할 수 있다.
또, 접속 부재 (13) 로 주배관 (15) 과 산기관 (11) 을 접속하고 있으므로로, 예를 들어 산기 장치 (10) 의 메인터넌스를 실시하는 경우나 기체의 풍량을 바꾸는 경우 등에 있어서, 간단하게 산기관 (11) 을 떼어낼 수 있다. 또, 산기관 (11) 은 주배관 (15) 으로부터 간단하게 떼어낼 수 있으므로, 청소가 용이하다. 또, 예를 들어 풍량을 바꾼 것에 의해 상기 식 (1) 을 만족하지 않게 된 경우에는, 산기관 (11) 만의 교환으로 상기 식 (1) 을 만족하도록 할 수 있으므로, 교환 설치가 간편하다. 게다가, 후술하는 막 모듈의 크기에 따라 주배관 (15) 이나 산기관 (11) 을 용이하게 적절히 교환할 수 있다.
또, 산기관 (11) 마다 개구관 (12) 이 연통하고 있으므로, 각 산기관 (11) 내에 있어서, 각각 저항을 균등화할 수 있다. 기체는 저항이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 특성이 있지만, 각 산기관 (11) 내의 저항을 각각 균등하게 할 수 있으면, 각 산기관 (11) 의 각 산기공 (14) 으로부터 보다 균일하게 기체를 산기할 수 있다.
게다가, 주배관 (15) 과 산기관 (11) 이 직교하고 있으므로, 기체 공급 장치로부터 공급된 기체가 주배관 (15) 을 통과할 때에 수평 방향으로 흐르고, 그대로 수평 방향으로 연장되는 산기관 (11) 에 공급된다. 따라서, 주배관 (15) 내와 산기관 (11) 내의 저항이 균등해져, 각 산기관 (11) 내에 기체가 보다 균등하게 공급된다.
또한, 도 1 에 나타내는 산기 장치 (10) 의 경우에는, 접속 부재 (13) 와 개구관 (12) 의 2 개 지점에서 굴곡하고 있으므로, 유로 저항을 작게 할 수 있다.
또한, 복수의 산기관을 구비하는 산기 장치는 도 3 에 나타내는 것에 한정되지 않는다. 도 3 에 나타내는 산기 장치는, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 끼리가 연통하고 있지 않지만, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 끼리는 연통하고 있어도 된다. 산기관 (11) 의 말단 (11b) 끼리가 연통하고 있는 산기 장치 (10) 로는, 예를 들어 도 5 에 나타내는 바와 같은, 주배관 (15) 과, 복수의 산기관 (11) 과, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 끼리를 연통시키는 연통 부재 (17) 와, 복수의 개구관 (12) 을 구비한 산기 장치 (10) 를 들 수 있다.
도 5 에 나타내는 산기 장치 (10) 는, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 끼리가 연통 부재 (17) 로 연통하고, 개구관 (12) 이 굴곡하는 일 없이 연직 방향으로 연장되어 있고, 상기 개구관 (12) 의 일단이 연통 부재 (17) 에 연통하고 있는 것 이외에는, 도 3 에 나타내는 산기 장치 (10) 와 동일하다. 즉, 도 5 에 나타내는 본 발명의 산기 장치의 하나의 양태에 있어서는, 개구관 (12) 은, 연통 부재 (17) 에 직접 연통하고, 또한 연통 부재 (17) 와의 연통부로부터, 연직 방향 하향으로 신장하고 있다.
연통 부재 (17) 로는, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 끼리를 연통할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고, 연통 부재 (17) 의 재질로는, 산기관 (11) 의 재질의 설명에 있어서 앞서 예시한 합성 수지나 금속 등을 들 수 있다.
또한, 도 5 에 나타내는 연통 부재 (17) 는 개구관 (12) 과 일체화되어 있지만, 연통 부재 (17) 와 개구관 (12) 은 각각 독립되어 있어도 된다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 끼리가 연통 부재 (17) 로 연통하고 있으면, 기체 공급 장치에 가까운 곳에 배치된 산기관 (11) 내의 기체가 상기 산기관 (11) 에 형성된 산기공 (14) 으로부터 다 산기하지 않고 산기관 (11) 내에 잔류해도, 연통 부재 (17) 를 통해서 다른 산기관 (11) 에 흐르므로, 기체를 보다 균일하게 산기하는 것이 가능해진다.
또, 예를 들어 산기 장치 (10) 의 메인터넌스를 실시하는 경우나 기체의 풍량을 바꾸는 경우 등에 있어서, 간단하게 산기관 (11) 으로부터 개구관 (12) 을 떼어낼 수 있다. 게다가, 산기관 (11) 과 개구관 (12) 을 자유롭게 착탈할 수 있으므로, 청소가 용이함과 함께, 후술하는 막 모듈의 크기에 따라 산기관 (11) 의 크기나 개수를 용이하게 적절히 교환할 수 있다.
상기 서술한 도 1, 3, 5 에 나타내는 산기 장치 (10) 는, 산기관 (11) 과 개구관 (12) 의 수가 일치하고 있지만, 즉, 산기관 (11) 마다 개구관 (12) 이 연통하고 있지만, 예를 들어 도 6 에 나타내는 산기 장치 (10) 와 같이, 산기관 (11) 과 개구관 (12) 의 수는 일치하고 있지 않아도 된다.
본 발명의 산기 장치의 하나의 양태에 있어서, 산기관의 개수 A 와 개구관의 개수 B 의 비 (A/B) 는 1 ∼ 3.5 인 것이 바람직하다. A/B 가 1 미만이 되는 것은, 산기관 (11) 의 개수보다 개구관 (12) 의 개수가 많은 것을 의미하지만, 개구관 (12) 의 개수와 산기관 (11) 의 개수가 동일해도, 개구관 (12) 의 개수가 산기관 (11) 의 개수보다 많아도, 상기 서술한 개구관 (12) 을 형성하는 효과는 거의 동일하기 때문에, 개구관 (12) 의 개수를 많이 할 필요성은 없다. 한편, A/B 가 3.5 이하이면, 상기 서술한 개구관 (12) 을 형성하는 효과를 충분히 발휘하면서, 또한 산기 장치 (10) 의 구조를 보다 단순화할 수 있다. 또, 산기관의 개수 A 와 개구관의 개수 B 의 비 (A/B) 는 1 ∼ 2 인 것이 보다 바람직하다.
또한, 도 1, 3 에 나타내는 산기 장치 (10) 는, 개구관 (12) 이 산기관 (11) 에 직접 연통하고 있지만, 도 5, 6 에 나타내는 산기 장치 (10) 는, 개구관 (12) 이 연통 부재 (17) 를 통해서 산기관 (11) 에 연통하고 있다.
이와 같이, 개구관 (12) 의 일단은, 산기관 (11) 의 말단에 직접 연통하고 있어도 되고, 간접적으로 연통하고 있어도 된다.
또, 상기 서술한 도 3, 5, 6 에 나타내는 산기 장치 (10) 는, 주배관 (15) 의 중심 축선을 통과하도록 주배관 (15) 을 세로로 절단했을 때에 일방의 측에 산기관 (11) 이 접속 부재 (13) 를 통해서 주배관 (15) 에 장착되어 있지만, 예를 들어 도 7 에 나타내는 바와 같이, 타방의 측에도 산기관 (11) 이 장착되어 있어도 된다. 즉, 도 7 에 나타내는 산기 장치 (10) 는, 주배관 (15) 의 양측에 산기관 (11) 이 장착되어 있다.
또한, 주배관 (15) 의 양측에 산기관 (11) 을 장착하는 경우, 각 측에 장착되는 산기관 (11) 의 수는 1 개여도 되고, 2 개 이상이어도 된다. 즉, 본 발명의 산기 장치의 하나의 양태에 있어서는, 주배관 (15) 을 수평으로 배치한 상태로 상기 산기 장치를 연직 방향으로부터 평면에서 보았을 때, 주배관 (15) 의 중심축에 대해 산기관 (11) 이 대칭으로 배치되어 있어도 되고, 비대칭으로 배치되어 있어도 된다.
＜용도＞
산기 장치는, 막 모듈 유닛을 구비한 수처리 장치 (예를 들어 활성 오니 처리 장치, 막 세정 장치, 막 분리 장치, 배수 처리 장치 등) 의 수조 내에 배치되어 사용된다. 구체적으로는, 피처리수를 폭기할 때나, 막 모듈을 세정할 때에 사용된다.
＜산기 장치의 운전 방법＞
산기 장치는, 상기 식 (1) 을 만족하도록 운전하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 (1) 을 만족하도록, 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량을 조절하면서 산기 장치를 운전하는 것이 바람직하다.
[수처리 장치]
이하, 본 발명의 수처리 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
도 8 은, 본 발명의 일 실시형태예인 수처리 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 이 예의 수처리 장치 (1) 는, 활성 오니 등의 피처리수 (21) 가 투입된 수조 (20) 와, 수조 (20) 내에 배치된 막 모듈 유닛 (30) 과, 막 모듈 유닛 (30) 의 하방에 배치된 본 발명의 산기 장치 (10) (이하, 산기 유닛이라고 하는 경우도 있다) 와, 기체 공급 장치 (40) (이하, 기체 공급 유닛이라고 하는 경우도 있다) 를 구비한 수처리 장치이며, 침지형 막 분리 장치로서 사용된다.
즉, 본 발명의 그 밖의 양태는, 상부에 복수의 산기공이 형성된, 수평 방향으로 연장되는 산기관과, 개구관을 구비하는 산기 유닛과, 상기 산기관에 기체를 공급하는 기체 공급관과, 블로어를 구비하는 기체 공급 유닛을 갖는 수처리 장치로서, 상기 개구관의 일단이 상기 산기관의 말단에 직접 또는 간접적으로 연통하고, 상기 개구관의 개구단이 연직 방향 하향으로 개방하고, 상기 산기 유닛과 상기 기체 공급 유닛이, 기체 공급관에 의해 접속되고, 또한 상기 식 (1) 을 만족하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치에 관한 것이다. 또, 상기 기체 공급 유닛은 추가로, 송풍량을 컨트롤하기 위한, 컨트롤 유닛을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
수조 (20) 의 크기는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 수심 1 m 이상이 바람직하다.
막 모듈 유닛 (30) 은, 도 9 에 나타내는 바와 같이 복수의 막 모듈 (31) 을 구비하고 있다.
도 9 에 나타내는 막 모듈 (31) 은, 이 예에서는 중공사 막 등의 막 엘리먼트 (32) 를 구비하여 구성되어 있다. 또, 막 모듈 (31) 에는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 흡인 배관 (33) 을 통해서 흡인 펌프가 접속되어, 흡인 여과가 가능하게 구성되어 있다.
도 8 에 나타내는 기체 공급 장치 (40) 는, 송기 유닛인 블로어 (41) 와, 블로어 (41) 와 산기 장치 (10) 를 접속하는 기체 공급관 (42) 을 구비하고 있다.
기체 공급관 (42) 은, 블로어 (41) 로부터 송기된 기체를 산기 장치 (10) 로 공급하는 것이며, 일단이 블로어 (41) 에 연통하고 있다.
또한, 도 8, 9 에서는, 편의상, 산기 장치 (10) 는 산기관이나 개구관 등의 산기 장치 (10) 를 구성하는 각 부재를 생략하고 있지만, 수처리 장치 (1) 가 도 1 에 나타내는 산기 장치 (10) 를 구비하고 있는 경우에는, 기체 공급관 (42) 의 타단은 산기 장치 (10) 의 접속 부재 (13) 의 일단 (13a) 에 연통하고 있다. 또, 수처리 장치 (1) 가 도 3, 5, 6, 7 의 산기 장치 (10) 를 구비하고 있는 경우, 기체 공급관 (42) 의 타단은 산기 장치 (10) 의 주배관 (15) 의 기단 (15a) 에 연통하고 있다.
산기 장치에 공급되는 기체로는 공기가 일반적이지만, 공기 이외의 기체 (예를 들어 산소 등) 를 사용해도 된다.
산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량 Q 는, 25 ∼ 150 ℓ/min 이 바람직하다. 또, 풍량 Q 는, 50 ∼ 125 ℓ/min 인 것이 보다 바람직하다. 풍량 Q 가 상기 범위 내이면, 균일 산기의 효과가 보다 높아진다.
또, 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속은 20 m/s 이하가 바람직하다. 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속이 20 m/s 이하이면, 산기관 (11) 내의 압력 손실이 증대하는 것을 억제할 수 있으므로, 산기 에너지의 증대도 방해한다. 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속의 하한값은 특별히 제한되지 않지만, 상기 서술한 바와 같이, 유속이 빨라질수록, 산기관 (11) 의 말단 (11b) 까지 기체가 도달하기 쉬워지고, 그 결과, 각 산기공 (14) 으로부터 산기되는 기체의 균일성이 향상된다. 따라서, 5 m/s 이상이 바람직하다.
또, 산기공 (14) 으로부터 산기되는 기체의 유속은 13 m/s 이하가 바람직하다. 산기공 (14) 으로부터 산기되는 기체의 유속이 13 m/s 이하이면, 산기관 (11) 내의 압력 손실이 증대하는 것을 억제할 수 있으므로, 산기 에너지의 증대도 방해한다. 산기관 (11) 내를 흐르는 기체의 유속의 하한값은 5 m/s 이상이 바람직하다. 산기공 (14) 으로부터 산기되는 기체의 유속이 5 m/s 이상이면, 균일 산기의 효과가 보다 높아진다.
산기 장치 (10) 는, 예를 들어 수심 1 m 이상의 수조 (20) 내의, 막 모듈 유닛 (30) 의 하방에 배치된다.
막 모듈 유닛 (30) 에 균일하게 기체를 산기할 수 있는 관점에서, 산기 장치 (10) 는, 산기관의 길이 방향이 도 9 에 나타내는 막 모듈 유닛 (30) 의 막 모듈 (31) 의 폭 방향 (H) 과 평행이 되도록, 막 모듈 유닛 (30) 의 하방에 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에 관련된 산기 방법의 일 실시형태는, 먼저, 도 8 에 나타내는 바와 같이 수조 (20) 내에 막 모듈 유닛 (30), 산기 장치 (10) 등을 배치함과 함께, 피처리수 (21) 를 소정의 수위 (수심) 가 되도록 저장한다. 그리고, 이 상태로 흡인 펌프를 작동시킴으로써, 막 모듈 유닛 (30) 에 의한 흡인 여과를 실시한다.
또, 이와 같은 흡인 여과와 병행하여, 소정의 시간, 기체 공급 장치 (40) (블로어 (41)) 로부터 산기 장치 (10) 를 향하여 기체를 연속적으로 공급한다. 기체의 공급량으로는, 전술한 식 (1) 을 만족하도록 컨트롤하는 것이 바람직하다. 이와 같이 기체를 공급함으로써, 기체 공급관 (42) 을 통해서 산기 장치 (10) 에 공급된 기체는, 주배관 (15) 을 통과하여 산기관 (11) 의 산기공 (14) 으로부터 분출한다.
이와 같이 하여 산기공 (14) 으로부터 기체를 분출하면, 분출한 기체는 기포가 되어, 수조 (20) 중, 즉 피처리수 (21) 중을 상승한다. 상승한 기포는, 피처리수 (21) 을 수반함으로써 기액 혼합류를 형성한다. 이 기액 혼합류는, 막 모듈 유닛 (30) (막 모듈 (31)) 에 닿음으로써 각 막 엘리먼트를 세정한다. 즉, 기액 혼합류는 막 엘리먼트 (막 모듈 유닛 (30)) 의 표면에 부착된 오니 등의 현탁 물질을 박리하고, 막 모듈 유닛 (30) 으로부터 제거한다.
이와 같은 산기 공정을 소정 시간 실시하였다면, 일정 시간 블로어 (41) 를 정지하고, 산기 장치 (10) 로의 기체의 공급을 정지하는, 정지 공정을 실시한다. 그렇게 하면, 주배관 (15) 이나 산기관 (11) 내에 남는 기체는 산기공 (14) 을 빠져 나와 피처리수 (21) 중에 배출되어, 막 모듈 유닛 (30) 을 세정한다. 또, 이 기체와 치환하여, 개구관 (12) 의 말단 (12b) 으로부터 피처리수 (21) 가 유입한다. 이와 같이 유입하는 피처리수 (21) 는, 예를 들어 산기공 (14) 을 막고 있는 건조 퇴적한 이물질 (오니) 이나 산기관 (11) 내에 퇴적하는 오니를 습윤화시킨다. 따라서, 일정 시간 경과 후, 블로어 (41) 를 작동시켜 산기를 재개했을 때, 이들 이물질이나 오니를 산기공 (14) 으로부터 용이하게 배출할 수 있다. 즉, 주배관 (15) 내나 산기관 (11) 내, 및 산기공 (14) 을 세정할 수 있다.
산기 공정을 실시하는 시간은, 막 모듈 유닛 표면에 부착된 오니 등의 종류, 또 그 양에 따라 다르지만, 일반적으로는 30 분간 ∼ 360 분간인 것이 바람직하다.
＜작용 효과＞
본 실시형태예의 수처리 장치 (1) 는, 기체를 균일하게 산기할 수 있고, 또한 설치의 편리성이 높은 본 발명의 산기 장치 (10) 를 구비하고 있다. 따라서, 막 모듈을 충분히 세정할 수 있기 때문에, 클로킹에 의한 막 모듈의 기능 저하를 방지할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
산기관으로서, 내경 D 가 20.0 ㎜ 이고, 길이 L 이 500 ㎜ 이고, 상부에 직경 d 가 6.0 ㎜ 인 원형의 산기공이 등간격으로 5 개 형성된, 수평 방향으로 연장되는 산기관을 1 개 사용하였다.
이 산기관의 기단에 접속 부재의 타단을 연통시켰다. 또, 타단이 연직 방향 하향으로 개방하고, 또한 타단측이 연직 방향 하향으로 연장되어 있는 개구관의 일단을 산기관의 말단에 직접 연통시켜고, 도 1 에 나타내는 산기 장치 (10) 로 하였다. 개구관으로는, 90° 엘보관을 사용하였다.
접속 부재의 일단에 기체 공급 장치의 기체 공급관을 접속하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공기를 풍량 100 ℓ/min 으로 공급하였다.
산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 5.3 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 20.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 11.3 m/s, 11.6 m/s, 12.0 m/s, 11.9 m/s, 12.1 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 11.8 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
산기관 및 산기공의 크기와, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량과 산기성 평가 결과를 표 2 에, 산기성 평가의 지표인 표본 분산의 값을 표 1 에 나타낸다.
＜산기성의 평가＞
앞서 구한 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량과, 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속을 기초로, 산기성 평가의 지표인 표본 분산을 산출하였다. 표본 분산은 하기 식 (2) 로부터 계산하였다. 표본 분산이 2 이하인 경우에는 균일 산기된 것으로 판단하여 「○」 라고 평가하였다. 표본 분산이 2 를 초과한 경우에는, 균일 산기되지 못한 것으로 판단하여 「×」 라고 평가하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 또, 표 1 중, 마름모꼴의 플롯은 실시예의 표본 분산이며, 흑색 동그라미의 플롯은 비교예의 표본 분산이다.
표본 분산 = {(V1 － V)2 ＋ (V2 － V)2 ＋ ··· ＋ (Vn － V)2} / n ··· (2)
식 (2) 중, V1, V2, ··· Vn 은 산기관 1 개당 형성된 n 개의 산기공으로부터 각각 산기되는 공기의 유속이고, V 는 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 평균 유속이다.
[실시예 2]
산기관의 내경 D 를 13.0 ㎜ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 12.6 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 20.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 10.6 m/s, 10.7 m/s, 11.6 m/s, 12.4 m/s, 13.7 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 11.8 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[실시예 3]
산기관의 내경 D 를 13.0 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 75 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 9.4 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 15.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 8.4 m/s, 8.2 m/s, 8.6 m/s, 9.3 m/s, 9.8 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 8.9 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[실시예 4]
산기관의 내경 D 를 13.0 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 60 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 7.5 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 12.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 7.9 m/s, 7.4 m/s, 7.8 m/s, 7.5 m/s, 4.8 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 7.1 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[실시예 5]
산기관의 내경 D 를 9.0 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 75 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 19.6 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 15.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 7.5 m/s, 8.2 m/s, 8.5 m/s, 9.7 m/s, 10.4 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 8.9 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[실시예 6]
산기관의 내경 D 를 9.0 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 60 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 15.7 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 12.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 7.1 m/s, 7.0 m/s, 6.7 m/s, 7.3 m/s, 7.3 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 7.1 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[실시예 7]
산기관의 내경 D 를 13.0 ㎜ 로 변경하고, 산기공의 직경을 4.0 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 60 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 7.5 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 12.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 15.9 m/s, 16.2 m/s, 16.2 m/s, 15.7 m/s, 15.6 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 15.9 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 1.26 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[실시예 8]
산기관의 내경 D 를 7.0 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 50 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 21.7 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 10.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 6.4 m/s, 5.5 m/s, 6.1 m/s, 5.8 m/s, 5.6 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 5.9 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[실시예 9]
산기관의 내경 D 를 7.0 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 55 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 23.8 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 11.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 6.7 m/s, 6.0 m/s, 6.5 m/s, 6.7 m/s, 6.5 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 6.5 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[실시예 10]
산기관의 내경 D 를 7.0 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 60 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 26.0 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 12.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 7.1 m/s, 6.7 m/s, 6.9 m/s, 7.4 m/s, 7.3 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 7.1 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[실시예 11]
산기관의 내경 D 를 13.3 ㎜, 길이를 400 ㎜ 로 변경하고, 산기공의 개수를 3 개로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 55 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 6.6 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 18.3 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 9.1 m/s, 11.3 m/s, 12.0 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 10.8 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[실시예 12]
산기관으로서, 내경 D 가 13.3 ㎜ 이고, 길이가 350 ㎜ 이고, 상부에 직경이 6.0 ㎜ 인 원형의 산기공이 등간격으로 3 개 형성된, 수평 방향으로 연장되는 산기관을 2 개 사용하였다.
각 산기관과 주배관이 직교하도록, 또한, 주배관의 양측에 산기관이 장착되도록, 접속 부재를 통해서 각 산기관의 기단을 주배관에 연통시켰다. 또, 타단이 연직 방향 하향으로 개방한, 타단측이 연직 방향 하향으로 연장되는 개구관의 일단을 각 산기관의 말단에 각각 직접 연통시키고, 도 7 에 나타내는 산기 장치 (10) 로 하였다. 개구관으로는, 90° 엘보관을 사용하였다.
주배관의 기단에 기체 공급 장치의 기체 공급관을 접속하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 합계로 공기를 풍량 110 ℓ/min 으로 공급하였다. 즉, 산기관 1 개당 공급되는 공기의 풍량은 55 ℓ/min 이었다.
2 개의 산기관 내를 흐르는 공기의 평균 유속은 13.2 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 18.3 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 제 1 산기관의 기단측부터 순서로, 10.8 m/s, 10.9 m/s, 11.1 m/s 이고, 제 2 산기관의 기단측부터 순서로, 9.8 m/s, 10.8 m/s, 11.6 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 10.8 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다. 산기관 및 산기공의 크기와, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관 1 개당 공급되는 공기의 풍량을 표 2 에 나타낸다. 또, 실시예 1 과 동일하게 하여 평가한 산기성의 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
[실시예 13]
산기관의 내경 D 를 13.3 ㎜, 길이를 400 ㎜ 로 변경하고, 산기공 d 의 직경을 5.5 ㎜, 개수를 3 개로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 55 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 6.6 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 18.3 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 12.2 m/s, 12.5 m/s, 14.0 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 12.9 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.38 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[비교예 1]
산기관의 내경 D 를 13.3 ㎜ 로 변경하고, 산기공의 개수를 3 개로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 25 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 6.0 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 8.3 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 8.5 m/s, 5.7 m/s, 0.6 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 4.9 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[비교예 2]
산기관의 내경 D 를 16.1 ㎜ 로 변경하고, 산기관의 길이 L 을 250 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관 1 개당 공급되는 공기의 풍량을 35 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 13 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 2 개의 산기관 내를 흐르는 공기의 평균 유속은 5.7 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 11.7 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 제 1 산기관의 기단측부터 순서로, 9.2 m/s, 7.5 m/s, 3.9 m/s 이고, 제 2 산기관의 기단측부터 순서로, 9.2 m/s, 7.5 m/s, 3.9 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 6.9 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[비교예 3]
산기관의 내경 D 를 30.0 ㎜ 로 변경하고, 산기관의 길이 L 을 250 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관 1 개당 공급되는 공기의 풍량을 25 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 13 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 2 개의 산기관 내를 흐르는 공기의 평균 유속은 1.2 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 8.3 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 제 1 산기관의 기단측부터 순서로, 8.8 m/s, 5.4 m/s, 0.5 m/s 이고, 제 2 산기관의 기단측부터 순서로, 8.8 m/s, 5.4 m/s, 0.5 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 4.9 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[비교예 4]
산기관의 내경 D 를 25.0 ㎜ 로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 60 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 2.0 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 12.0 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 9.2 m/s, 8.4 m/s, 7.4 m/s, 5.9 m/s, 4.2 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 7.0 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[비교예 5]
산기공의 개수를 6 개로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 50 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 2.7 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 8.3 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 8.9 m/s, 7.4 m/s, 6.3 m/s, 4.2 m/s, 2.1 m/s, 0.3 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 4.9 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
[비교예 6]
산기관의 내경 D 를 13.0 ㎜ 로 변경하고, 산기공의 개수를 6 개로 변경하고, 기체 공급 장치로부터 산기 장치의 산기관에 공급되는 공기의 풍량을 50 ℓ/min 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 산기성을 평가하였다. 결과를 표 1 및 2 에 나타낸다.
또한, 산기관 내를 흐르는 공기의 유속은 6.3 m/s 였다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 풍량은 산기공 1 개당 8.3 ℓ/min 이었다. 또, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기관의 기단측부터 순서로, 6.8 m/s, 6.0 m/s, 5.4 m/s, 4.5 m/s, 4.0 m/s, 1.9 m/s 이며, 이들의 평균 유속은 4.8 m/s 였다. 또한, 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 유속은, 산기공의 단면적을 2.83 × 10-5 ㎡ 로 하여 구하였다.
Figure pat00001
Figure pat00002
표 1 및 2 로부터 분명한 바와 같이, 타단이 연직 방향 하향으로 개방하고, 또한 타단측이 연직 방향 하향으로 연장되어 있는 개구관의 일단을, 수평 방향으로 연장되어 있는 산기관의 말단에 연통시키고, 또한 상기 식 (1) 을 만족하는 실시예 1 ∼ 13 의 산기 장치의 경우, 산기공으로부터 기체를 균일하게 산기할 수 있었다.
한편, 상기 식 (1) 을 만족하지 않는 비교예 1 ∼ 6 의 산기 장치의 경우, 산기공으로부터 기체를 균일하게 산기할 수 없었다.
1 : 수처리 장치
10 : 산기 장치
11 : 산기관
11a : 기단
11b : 말단
12 : 개구관
12a : 일단
12b : 타단
13 : 접속 부재
13a : 일단
13b : 타단
14 : 산기공
15 : 주배관
15a : 기단
15b : 말단
16 : 접속공
17 : 연통 부재
20 : 수조
21 : 피처리수
30 : 막 모듈 유닛
31 : 막 모듈
32 : 막 엘리먼트
33 : 흡인 배관
40 : 기체 공급 장치
41 : 블로어
42 : 기체 공급관

Claims (12)

  1. 상부에 복수의 산기공이 형성된, 수평 방향으로 연장되는 산기관과, 개구관을 구비한 산기 장치로서, 상기 개구관의 일단이 상기 산기관의 말단에 직접 또는 간접적으로 연통하고, 상기 개구관의 개구단이 연직 방향 하향으로 개방하고, 또한 하기 식 (1) 을 만족하는, 산기 장치:
    (D × d × n) / Q ≤ 7.5 ··· (1)
    (식 (1) 중, D 는 산기관의 내경 (㎜) 이고, d 는 산기공의 직경 (㎜) 이고, n 은 산기관 1 개당 산기공의 수 (개) 이고, Q 는 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량 (ℓ/min) 이다.).
  2. 제 1 항에 있어서,
    산기의 균일성을 나타내는 지표인 표본 분산이, 하기 식 (2) 를 만족하는 산기 장치:
    표본 분산 = {(V1 － V)2 ＋ (V2 － V)2 ＋ ··· ＋ (Vn － V)2} / n ≤ 2 ··· (2)
    (식 (2) 중, V1, V2, ··· Vn 은 산기관 1 개당 형성된 n 개의 산기공으로부터 각각 산기되는 공기의 유속이고, V 는 각 산기공으로부터 산기되는 공기의 평균 유속이다.).
  3. 제 1 항에 있어서,
    외부로부터 기체가 공급되는 주배관과, 복수의 상기 산기관과, 상기 개구관을 구비한 산기 장치로서, 상기 산기관의 기단이 상기 주배관에 연통하고 있는, 산기 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주배관과, 상기 복수의 산기관과, 상기 개구관을 구비하고, 상기 개구관의 일단이 상기 산기관마다의 말단에 직접 연통하고 있는, 산기 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 주배관과, 상기 복수의 산기관과, 상기 산기관의 말단끼리를 연통시키는 연통 부재와, 일단이 상기 연통 부재에 연통하고 있는 1 개 또는 복수의 상기 개구관을 구비한, 산기 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 산기관의 개수 A 와 상기 개구관의 개수 B 의 비 (A/B) 가 1 ∼ 3.5 인, 산기 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 산기관의 길이 L 이 200 ∼ 500 ㎜ 인, 산기 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산기관의 내경 D 가 6 ∼ 20 ㎜ 이고, 상기 산기공의 직경 d 가 3 ∼ 10 ㎜ 인, 산기 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산기관 1 개당 상기 산기공의 수가 3 ∼ 5 개인, 산기 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 산기공의 간격이 50 ∼ 120 ㎜ 인, 산기 장치.
  11. 수조와, 상기 수조 내에 배치된 막 모듈 유닛과, 상기 막 모듈 유닛의 하방에 배치된 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 산기 장치를 구비한, 수처리 장치.
  12. 상부에 복수의 산기공이 형성된, 수평 방향으로 연장되는 산기관과, 개구관을 구비하고, 상기 개구관의 일단이 상기 산기관의 말단에 직접 또는 간접적으로 연통하고, 상기 개구관의 개구단이 연직 방향 하향으로 개방하고, 또한 연직 방향으로 연장되어 있는 산기 장치의 운전 방법으로서, 하기 식 (1) 을 만족하도록, 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량을 조절하는, 산기 장치의 운전 방법:
    (D × d × n) / Q ≤ 7.5 ··· (1)
    (식 (1) 중, D 는 산기관의 내경 (㎜) 이고, d 는 산기공의 직경 (㎜) 이고, n 은 산기관 1 개당 산기공의 수 (개) 이고, Q 는 산기관 1 개당 공급되는 기체의 풍량 (ℓ/min) 이다.).
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