KR20190059596A - 수처리 장치 - Google Patents

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KR20190059596A
KR20190059596A KR1020170157358A KR20170157358A KR20190059596A KR 20190059596 A KR20190059596 A KR 20190059596A KR 1020170157358 A KR1020170157358 A KR 1020170157358A KR 20170157358 A KR20170157358 A KR 20170157358A KR 20190059596 A KR20190059596 A KR 20190059596A
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차서은
구영림
민규홍
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롯데케미칼 주식회사
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Abstract

본 발명의 수처리 장치는 복수의 단위 막모듈이 방사형으로 배열된 모듈 어셈블리, 상기 모듈 어셈블리 하단에 형성되며, 방사형으로 배열된 복수의 산기관 및 상기 방사형으로 배열된 복수의 산기관의 중심에 연통되어 공기를 공급하는 공기 공급관을 포함한다.

Description

수처리 장치{APPARATUS FOR PURIFYING WATER}
본 발명은 수처리 장치에 관한 것이다.
산업의 발전, 인구증가로 효율적인 물 사용과 처리 기술에 관심이 높아지고 있다. 최근 정수 처리, 하-폐수 처리, 해수 담수화 공정 등에서 수질의 안정성을 확보하기 위해서 분리막 기술적용이 점차 증가되고 있다.
종래의 침지식 분리막 카세트/유닛은 중공사막 혹은 평막을 사각 다발 형태로 밀집 구성하여, 모듈을 일렬 혹은 다단으로 배열한 직육면체 형태의 프레임에 고정되도록 하는 것이 일반적이다. 이와 같이 침지식 분리막 장치에 직육면체 형태의 모듈과 프레임을 적용할 경우 해당 형태의 카세트에서 집수 및 에어레이션이 이루어지는 방식에 한계가 존재한다. 일반적으로 침지식 분리막 카세트는 모듈 하부를 따라 일렬로 위치한 산기관으로부터 기포를 발생시켜 막의 오염을 최소화하는데, 이때 산기관에 기체를 공급하기 위한 배관이 보통 카세트 프레임의 한 면에 치우쳐 위치하므로 각 산기관의 위치에 따라 공급되는 기체의 양이 균등하지 않게 된다. 이로 인해 일부 산기관들이 슬러지로 막히고 해당 위치의 모듈 내 막 오염이 급속도로 진행되는 단점이 있다.
이는 에어레이션 유량을 조절하는 것만으로는 해결이 쉽지가 않고, 정기적으로 카세트를 인양하여 산기관을 청소하는 데에는 인력 및 시간이 상당히 소모된다는 문제가 있다.
한편, 일반적인 직육면체 형상의 카세트의 경우 안정적인 구조를 위한 무게 균형을 잡는 것이 쉽지 않다. 집수 및 에어 세정을 위한 배관들이 한 쪽에 쏠려있고, 특히 위에서 언급한 문제에 의해 운전 중 특정 산기관이 막혀서 일부 모듈에만 슬러지가 쌓이게 되면 그 현상은 심화되게 된다. 실제로 설치나 유지보수를 위한 인양 작업 시 이로 인한 작업자들의 어려움 및 위험성이 많다.
이에, 수처리 장치의 산기관 및 분리막 모듈에 균등한 기체 공급이 가능하여, 슬러지 축적의 불균형을 해결함으로써, 막오염을 최소화 하고, 수명을 개선시키는 수처리 장치가 필요하다.
이와 관련한 선행기술은 미국 등록특허 제8,038,882호에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 산기관의 공기 공급이 균일하고, 슬러지 축적의 불균형을 방지하여 궁극적으로는 수처리 장치의 수명을 개선시키는 수처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 슬러지가 여과기재 및 산기관 내에 침적되는 것을 방지함으로써 수처리 효율이 개선되는 수처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 수처리 장치에 관한 것이다.
일 구체예에 따르면, 상기 수처리 장치는 복수의 단위 막모듈이 방사형으로 배열된 모듈 어셈블리, 상기 모듈 어셈블리 하단에 형성되며, 방사형으로 배열된 복수의 산기관 및 상기 방사형으로 배열된 복수의 산기관의 중심에 연통되어 공기를 공급하는 공기 공급관을 포함한다.
상기 단위 막모듈은, 피처리수를 여과하는 여과기재, 상기 여과기재의 상부 및 하부에 형성되어 여과수를 집수하는 상부 및 하부 헤더 및 상기 상부 및 하부 헤더의 일단에 수직으로 형성되어 상기 상부 및 하부 헤더 사이를 연결하는 통수관을 포함하며, 제1 단위 막모듈과 이웃하는 제2 단위 막모듈은 통수관이 중심에 위치하도록 방사형으로 배열될 수 있다.
상기 여과기재는 중공사막일 수 있다.
상기 여과기재는 평막일 수 있다.
상기 복수의 산기관은 중심에 형성된 상기 공기 공급관을 축으로 회전이 가능할 수 있다.
상기 모듈 어셈블리는 중심에 형성된 상기 공기 공급관을 축으로 회전이 가능할 수 있다.
상기 산기관은 길이 방향을 따라 형성된 복수의 산기홀을 포함하고, 상기 복수의 산기홀은 상기 공기 공급관에 가까울수록 직경이 클 수 있다.
상기 모듈 어셈블리는 8개 내지 24개의 단위 막모듈을 포함할 수 있다.
상기 수처리 장치는 4개 내지 24개의 산기관을 포함할 수 있다.
상기 단위막 모듈은 상기 공기 공급관에서 멀어질수록 너비가 증가하고, 상기 공기 공급관 중심(O)에서의 거리(R)와 단위막 모듈의 너비(MD)의 비율은 1:0.15 내지 1:0.80일 수 있다.
본 발명은 산기관의 공기 공급이 균일하고, 슬러지 축적의 불균형을 방지하여 궁극적으로는 수처리 장치의 수명을 개선시킬 수 있고, 슬러지가 여과기재 및 산기관 내에 침적되는 것을 방지함으로써 수처리 효율이 개선되는 수처리 장치를 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 수처리 장치의 사시도를 간단히 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 수처리 장치의 수직 단면도를 간단히 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 수처리 장치의 수평 단면도를 간단히 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 수직 단면도에서 A부분을 보다 자세히 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 수처리 장치의 수평 단면도를 간단히 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 구체예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 구체예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
단지, 여기서 소개되는 구체예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 줄 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다.
전체적으로 도면 설명 시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 상부에 또는 하부에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 상부에 또는 하부에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다'등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들의 조합한 것에 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 범위를 나타내는 'X 내지 Y'는 'X 이상 Y 이하'를 의미한다.
본 명세서에서 단위막 모듈은 여과기재, 상부 및 하부 헤더, 및 통수관을 포함할 수 있고, 지지대를 더 포함하는 것을 지칭할 수도 있다.
수처리 장치
도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 일 구체예에 따른 수처리 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 수처리 장치의 사시도를 간단히 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 수처리 장치의 수직 단면도를 간단히 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 수처리 장치의 수평 단면도를 간단히 도시한 것이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 수처리 장치(1000)는 복수의 단위 막모듈(310)이 방사형으로 배열된 모듈 어셈블리(300), 상기 모듈 어셈블리 하단에 형성되며, 방사형으로 배열된 복수의 산기관(150) 및 상기 방사형으로 배열된 복수의 산기관(150)의 중심에 연통되어 공기를 공급하는 공기 공급관(100)을 포함한다.
균일한 공기 공급이 되지 않는 경우, 세정 효율의 불균형에 의해 특히 오염되는 단위 막모듈이 생기게 되고, 이러한 단위 막모듈에 의해 수처리 효율이 현저하게 떨어지거나, 복구 또는 교체 등의 시간 및 비용이 증가하는 문제가 있다. 본 발명의 수처리 장치는 중앙에 공기 공급관(100)이 형성되고, 방사형으로 배치된 산기관(150)을 포함함으로써, 단위 막모듈(310) 간에 균일하게 공기를 공급할 수 있어 산기 세정 효율의 불균형을 방지하고, 궁극적으로는 수처리 장치의 효율 및 수명을 개선시킬 수 있다.
상기 단위 막모듈(310)은, 피처리수를 여과하는 여과기재(315), 상기 여과기재(315)의 상부 및 하부에 형성되어 여과수를 집수하는 상부 및 하부 헤더(311, 313) 및 상기 상부 및 하부 헤더(311, 313)의 일단에 수직으로 형성되어 상기 상부 및 하부 헤더 사이를 연결하는 통수관(319)을 포함하며, 제1 단위 막모듈은 이웃하는 제2 단위 막모듈과 통수관이 중심에 위치하도록 방사형으로 배열될 수 있다.
상기 여과기재(315)는 소정의 간격을 가지고 소정의 방향으로 배열됨으로써, 다발 형태를 이룰 수 있다. 여과기재(315)은 피처리수를 여과할 수 있는 성질을 가지는 한도 내에서, 그 소재 및 형태에 제한은 없다. 일 예로서, 여과기재(315)는 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 셀룰로오스, 아세트산셀룰로오스, 폴리비닐알콜, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리불화에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오르에틸렌 또는 폴리에테르케톤 중 어느 하나 이상을 포함할수 있다. 구체적으로 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 또는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 형태로는 중공사막일 수도 있고, 평막일 수도 있다.
상부 헤더(311) 및 하부 헤더(313)는 여과기재(315)가 처리한 여과수를 집수하는 역할을 수행할 수 있다. 상부 헤더(311) 및 하부 헤더(313)는 내부에 통수 가능한 유로를 구비할 수 있으며, 하부 헤더(313)는 통수관(319)을 통해 상부 헤더(311) 또는 집수부(350)에 처리한 여과수를 공급할 수 있다. 즉, 상기 하부 헤더(313)는 통수관(319)을 통해 상기 상부 헤더(311)와 연통될 수도 있고, 또는 통수관(319)을 통해 상기 집수부(350)에 연통될 수도 있다. 상부 헤더(311) 및 하부 헤더(313)는 소정의 기계적 강도와 내구성을 가지는 한 그 재질에 제한은 없다. 일 예로서, 상부 헤더(311) 및 하부 헤더(313)는 폴리염화비닐, 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 아크릴 수지, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 수지, 변성PPE(Poly Phenylene Ether) 수지 등을 포함할 수 있다.
상기 통수관(319)은 하부 헤더(313)을 상부 헤더(311)에 연통하는 기능을 수행할 수 있고, 단위 막모듈(310)의 구조를 유지하는 프레임 역할을 수행할 수 있다. 상기 통수관(319)의 형태는 특별히 제한되지 않는다.
상기 수처리 장치는 예를 들어, 8개 내지 24개의 단위 막모듈(310)을 포함할 수 있다. 이 경우, 수처리 장치의 밀집도 및 산기에 의한 세정효율의 밸런스가 우수하다.
상기 단위 막모듈(310)은 상부 헤더(311) 및 하부 헤더(313) 사이에 위치하고, 단위 막모듈을 지지하는 지지부재(317)를 더 포함할 수 있다.
상기 지지 부재(317)는 상부 헤더(311), 하부 헤더(313) 및 복수의 여과기재(315)를 고정하는 기능을 수행할 수 있다. 지지 부재(317)는 봉의 형태를 가질 수 있고, 상부 헤더(311) 및 하부 헤더(313)와 각각 끼움 결합하는 형태일 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않고, 지지 부재(317)의 형태는 상술한 고정 기능을 수행하는 한 다양한 다른 변형이 가능하다. 또한, 지지 부재(317)와 상부 헤더(313) 및 하부 헤더(313)와의 결합 방식도 다양한 다른 변형이 가능하다.
상기 모듈 어셈블리(300)는 상기 단위 막모듈(310)을 지지하는 지지대(330)를 더 포함할 수 있다.
상기 지지대(330)는 상기 모듈 어셈블리(300)가 상기 산기관(150)과 일정한 거리를 유지할 수 있도록 하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 거리는 1cm 내지 50cm, 구체적으로 1cm 내지 15cm일 수 있다. 구체적으로, 도 4를 참고하면, 상기 지지대(330)는 상기 공기 공급관(100) 상에 형성된 걸림턱(110)에 의해 산기관(150)과의 간격을 유지할 수 있고, 회전도 가능할 수 있다.
상기 지지대(330)는 모듈 어셈블리(300)의 단위막 모듈(310)을 지지할 수 있을 정도의 강도를 가지는 것이면 재질에 특별한 제한은 없고, 상기 단위 막모듈(310)에 대응되는 방사형태로 형성될 수 있다. 상기 지지대(330)는 상기 단위 막모듈(310)을 고정시키기 위한 고정 부재(미도시)를 더 포함할 수 있고, 그 형태는 단위 막모듈을 지지대에 고정할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 수처리 장치는 각각의 단위 막모듈(310)들의 상부 헤더(311)와 연통되고, 상기 공기 공급관(100)을 둘러싸는 튜브 형태로 형성되어, 모든 단위 막모듈(310)에 의해 여과된 처리수를 집수하는 집수부(350)를 포함할 수 있다. 이 경우 각 단위 막모듈(310) 간에 걸리는 압력도 균일하므로, 분리막의 오염의 불균형도 방지할 수 있어, 궁극적으로는 수처리 장치의 효율 및 수명을 개선시킬 수 있다. 수처리 장치의 환경, 목적 및 상황에 따라 공기는 상기 공기 공급관(100)의 상부에서 공급될 수도 있고, 하부에서 공급될 수도 있다. 예를 들어, 공기가 공기 공급관(100)의 상부에서 공급되는 경우 (도 2의 형태에 제한되지 않지만) 도 2와 같이 모듈 어셈블리 중심을 관통하여 수직으로 산기관과 연통될 수 있다.
상기 산기관(150)은 상기 공기 공급관(100)의 하부와 방사형으로 연통되고, 단위 막모듈(310)에 산기함으로써, 여과기재(315)을 물리적으로 세정할 수 있다.
도면에 도시하진 않았으나, 상기 산기관(150)은 길이 방향을 따라 형성된 복수의 산기홀을 포함할 수 있고, 상기 복수의 산기홀은 상기 공기 공급관(100)에 가까울수록 직경이 클 수 있다. 이 경우, 상대적으로 공간이 좁은 공기 공급관(100) 근처의 여과기재의 막오염을 더욱 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 상기 산기관(150)은 수처리 장치에 4개 내지 16개가 구비될 수 있다. 이 경우, 수처리 장치의 산기효율 및 에너지 소모량의 밸런스가 우수하다.
상기 공기 공급관(100)은 에어레이션을 위해 산기관(150)에 공기를 공급할 수 있다. 상기 공기 공급관(100)은 원통형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 수처리 장치에서 상기 복수의 산기관(150)은 중심에 형성된 상기 공기 공급관(100)을 축으로 회전이 가능할 수 있다. 또한, 상기 모듈 어셈블리(300)는 중심에 형성된 상기 공기 공급관(100)을 축으로 회전이 가능할 수 있다. 이로써 슬러지가 여과기재 및 산기관 내에 침적되는 것을 방지하고, 산기관에서 산기되는 공기의 흐름 및 움직임이 형성되어 여과기재의 슬러지 제거 효율이 더욱 개선될 수 있는 장점이 있다.
이하, 도 5를 참고하여 본 발명의 다른 구체예에 따른 수처리 장치를 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 수처리 장치의 수평 단면도를 간단히 도시한 것이다.
본 발명의 다른 구체예에서 상기 단위 막모듈(310)은 상기 공기 공급관(100)에서 멀어질수록 너비가 증가할 수 있다. 도 5를 참고하면, 중앙(O)에 위치하는 공기 공급관(100)으로부터 멀어질수록 단위 막모듈(310)의 너비가 증가하는 경우, 단위 막모듈의 집적도가 높아 수처리 효율이 개선되는 장점이 있다.
상기 단위 막모듈(310)의 너비 증가율은 모듈 어셈블리(300)에 포함되는 단위 막모듈(310)의 개수에 따라 적절하게 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 단위 막모듈(310)의 너비는 수처리 장치의 최중심점(O)의 거리와 특정 비율로 비례할 수 있다. 예를 들어, 수처리 장치의 최중심점(O)의 거리(R)와 상기 너비(MD)의 비율은 1:0.15 내지 1:0.80, 구체적으로 1:0.20 내지 1:0.67, 더욱 구체적으로 1:0.31 내지 1:0.53일 수 있다. 이 경우, 수처리 장치의 밀집도 및 산기에 의한 세정효율의 밸런스가 우수할 뿐만 아니라, 단위 막모듈 간의 간격이 일정하여, 집적도가 최적화 되는 장점이 있다.
이상 본 발명의 구체예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 구체예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구체예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
100: 공기 공급부 110: 걸림턱
150: 산기관 300: 모듈 어셈블리
310: 단위 막모듈 311: 상부 헤더
313: 하부 헤더 315: 여과기재
317: 지지부재 319: 통수관
330: 지지대 350: 집수부
1000: 수처리 장치

Claims (9)

  1. 복수의 단위 막모듈이 방사형으로 배열된 모듈 어셈블리;
    상기 모듈 어셈블리 하단에 형성되며, 방사형으로 배열된 복수의 산기관; 및
    상기 방사형으로 배열된 복수의 산기관의 중심에 연통되어 공기를 공급하는 공기 공급관;
    을 포함하는 수처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단위 막모듈은,
    피처리수를 여과하는 여과기재;
    상기 여과기재의 상부 및 하부에 형성되어 여과수를 집수하는 상부 및 하부 헤더; 및
    상기 상부 및 하부 헤더의 일단에 수직으로 형성되어 상기 상부 및 하부 헤더 사이를 연결하는 통수관;을 포함하며,
    제1 단위 막모듈과 이웃하는 제2 단위 막모듈은 통수관이 중심에 위치하도록 방사형으로 배열된 수처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 여과기재는 중공사막 또는 평막인 수처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 산기관은 중심에 형성된 상기 공기 공급관을 축으로 회전이 가능한 수처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 어셈블리는 중심에 형성된 상기 공기 공급관을 축으로 회전이 가능한 수처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산기관은 길이 방향을 따라 형성된 복수의 산기홀을 포함하고,
    상기 복수의 산기홀은 상기 공기 공급관에 가까울수록 직경이 큰 수처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 어셈블리는 8개 내지 24개의 단위 막모듈을 포함하는 수처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수처리 장치는 4개 내지 24개의 산기관을 포함하는 수처리 장치
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단위 막모듈은 상기 공기 공급관에서 멀어질수록 너비가 증가하고,
    상기 공기 공급관 중심(O)에서의 거리(R)와 단위 막모듈의 너비(MD)의 비율은 1:0.15 내지 1:0.80인 수처리 장치.

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