KR20240003209A - 산기장치용 매니폴드 및 이를 이용한 공기 분배 방법 - Google Patents

산기장치용 매니폴드 및 이를 이용한 공기 분배 방법 Download PDF

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KR20240003209A
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Abstract

본 발명은 공기를 공급하는 공기주입배관; 일측에서 상기 공기주입배관과 연결되어, 공기가 유입되어 일 방향으로 유동하며, 하부면의 길이방향을 따라 복수개의 연통홀이 구비되는 제1통로; 및 일단이 상기 제1 통로의 타단과 연결되고, 상부면이 상기 연통홀과 연결되어 유동하는 공기의 일부가 유입되며, 양측부를 따라 복수개의 연결포트가 구비되는 제2 통로;를 포함하는, 산기장치용 매니폴드를 제공한다.

Description

산기장치용 매니폴드 및 이를 이용한 공기 분배 방법{MANIFOLD FOR AIR DIFFUSER AND METHOD FOR AIR DISPERSING USING THE SAME}
본 발명은 산기장치용 매니폴드에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 산기장치에 보다 균등한 공기를 공급할 수 있는 산기장치용 매니폴드 및 이를 이용한 공기 분배방법에 관한 것이다.
일반적으로 폐수 내의 오염물질을 분해시키는 방법으로서 생물학적 방법을 위한 폐수처리장치가 개시되고 있으며, 미생물에 의한 오염물질의 분해를 촉진하기 위해 공기 또는 산소를 공급하기 위한 산기장치가 포함된다.
산기장치는 다수의 산기관 또는 기포발생장치에 공기를 주입하는 공기주입배관을 포함하며, 외부에서 유입되는 공기 또는 산소가 생물반응조에서 필요로 하는 산소를 공급할 뿐만 아니라, 침지식 분리막의 경우 분리막 외표면에 부착된 오염물질을 제거하여 분리막에 의한 입자성 물질들의 여과 효율을 증가시키고, 분리막의 수명을 연장시키는 역할을 한다.
상기와 같은 사유로 산기장치에 균등하게 공기 또는 산소를 공급해야 하나, 산기장치에 균등하게 공기 또는 산소가 유입되지 못하면, 침지식 분리막의 경우 특정 부분에서 공기가 집중 배출되는 현상이 발생할 수 있으며, 공기가 집중 배출되는 구역에서는 과도한 폭기량에 의해 분리막의 손상이 발생할 수 있다. 반면, 공기가 배출되지 않는 구역에서는 공기에 의해 분리막이 세정되지 않아 슬러지 등 오염물질이 축적되게 되고, 이로 인해 분리막의 여과 효율이 현저히 떨어지게 된다. 이에 따라 산기가 고르지 않아 미생물에 의한 오염물질 분해 효율이 떨어질 수 있다.
한편 산기장치를 포함하는 침지식 분리막 모듈이 대형화되고 모듈 하부에 다수의 산기장치가 설치되고 있으나, 산기장치에 공기를 공급하기 위한 배관이 1 ~ 2개로 제한되어 이를 균등하게 분기하여 공급하기 매우 어려운 실정이다.
대한민국 등록실용신안 20-0361463에서 침지식 분리막 유니트용 산기장치를 개시하나, 마찬가지로 침지식 분리막 모듈에 균등한 공기를 제공하지 못한다.
따라서 대용량화되는 침지식 분리막 모듈에 포함되는 산기장치에 보다 균등하게 공기를 공급하기 위한 산기장치용 매니폴드의 개발이 시급하다.
본 발명의 목적은 침지식 분리막 하부에 설치되어 분리막의 오염을 방지하기 위한 산기장치에 보다 균등한 공기를 공급하기 위한 매니폴드를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 산기장치용 매니폴드를 이용하여 산기장치에 보다 균등한 공기를 공급하여 침지식 분리막 표면의 오염물질을 제거하여 분리막의 수명을 증가시킬 수 있는 산기장치용 매니폴드를 이용한 공기 분배방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
1. 본 발명의 하나의 관점은 산기장치용 매니폴드에 관한 것이다.
상기 산기장치용 매니폴드는 공기를 공급하는 공기주입배관;
일측에서 상기 공기주입배관과 연결되어, 공기가 유입되고 일 방향으로 유동하며, 하부면의 길이방향을 따라 복수개의 연통홀이 구비되는 제1통로; 및
일단이 상기 제1 통로의 타단과 연결되고, 상부면이 상기 연통홀과 연결되어 유동하는 공기의 일부가 유입되며, 양측부를 따라 복수개의 연결포트가 구비되는 제2 통로;를 포함한다.
2. 상기 1 구체예에서, 상기 제2 통로의 일단은 사면이 구비되어 상기 제1 통로의 타단과 연결될 수 있다.
3. 상기 1 또는 2 구체예에서, 상기 제1 통로의 타단은 개방되어 상기 제2 통로의 일단과 연통될 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 제1 통로와 제2 통로의 높이는 하기 수학식 1및 수학식 2에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 1]
d ≤ h0 ＜ 1.5d
[수학식 2]
1.5h1 < ho < 3h1
여기서, d는 공기주입배관의 지름이고, ho는 제1 통로의 높이이고, h1은 제2 통로의 높이이다.
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 연통홀은 상기 제1 통로의 하부면의 중심선의 길이방향을 따라서 이격되어 형성될 수 있다.
6. 상기 1 내지 5 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 연결포트는 상기 제2 통로의 양측부를 따라서 이격되어 구비될 수 있다.
7. 상기 1 내지 6 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 연결포트는 적어도 10개 이상일 수 있다.
8. 상기 1 내지 7 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 연결포트 각각에서 배출되는 공기 토출량의 편차는 평균 토출량의 20% 이내일 수 있다.
9. 상기 1 내지 8 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 연통홀과 상기 연결포트는 매니폴드의 동일 선 상에 위치될 수 있다.
10. 상기 1 내지 9 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 연통홀은 어느 하나의 연결포트와 이웃하는 연결포트의 사이에 형성되고, 상기 연통홀은 상기 제2 통로의 일측면에 구비된 연결포트의 수보다 적은 수로 형성될 수 있다.
11. 본 발명의 다른 관점은 산기장치용 매니폴드를 이용한 균등한 공기 분배방법에 관한 것이다.
상기 산기장치용 매니폴드를 이용한 균등한 공기 분배방법은
(a) 공기를 공기주입배관에 유입시키는 단계;
(b) 상기 공기주입배관과 연결되는 제1 통로에 공기가 유입되는 단계;
(c) 상기 제1 통로와 일단이 연결된 제2 통로에 공기가 유입되며, 상기 제1통로와 제2통로의 사이에 형성되는 연통홀을 통하여 공기가 함께 유입되어 상기 제2 통로 내의 수위를 조절하는 단계; 및
(d) 상기 제2 통로 양측부에 구비되는 연결포트를 따라 공기가 배출되는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 산기장치용 매니폴드는 산기장치의 상류에 배치되어 분리막 모듈에 구비되는 산기장치에 균등하게 공기를 전달하여 분리막 모듈의 개수를 증가시키고, 대형화시킬 수 있다. 특히 산기장치용 매니폴드는 산기장치에 공급되는 공기를 균등하게 배분시킬 수 있으며, 매니폴드 내의 수위를 일정하게 유지하도록 하여 산기장치와 연결되는 복수의 포트 각각에 균등한 공기를 공급하기 때문에 산기장치의 산기 효과를 증가시킴과 동시에 세척 효과를 증진시킬 수 있고, 분리막의 오염이나 훼손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드의 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 산기장치용 매니폴드의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드의 평면도이다.
도 4는 도 1에 따른 산기장치용 매니폴드의 정면도이다.
도 5는 도 1에 따른 산기장치용 매니폴드의 우측면도이다.
도 6은 종래 산기장치용 매니폴드 내에서의 공기 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드 내에서의 공기 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 8은 종래 산기장치용 매니폴드에 공기가 주입될 때 각 연결포트에서의 공기 토출량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드에 공기가 주입될 때 각 연결포트에서의 공기 토출량을 나타낸 그래프이다.
도 10은 종래 산기장치용 매니폴드와 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드의 각 연결포트에서 방출되는 공기 토출량을 비교한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 관점에 따른 산기장치용 매니폴드를 이용한 공기 분배방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다.
본 명세서에서, 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"는 "≥a 이고 ≤b"으로 정의한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 구체예들을 설명한다
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드의 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 산기장치용 매니폴드의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드의 평면도이고, 도 4는 도 1에 따른 산기장치용 매니폴드의 정면도이고, 도 5는 도 1에 따른 산기장치용 매니폴드의 우측면도이다.
도 1 내지 5를 참조하면, 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드(1000)는 공기주입배관(100), 제1 통로(200) 및 제 2통로(300)를 포함한다.
상기 산기장치용 매니폴드(1000)는 침지식 분리막 모듈의 하부에 구비되는 산기장치의 상류에 구비될 수 있으며, 상기 산기장치에 균등한 공기 또는 산소를 공급하여 생물학적 유기물의 분해를 가속시키고, 분리막 표면의 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 산기장치용 매니폴드(1000)는 상기 공기주입배관(100)으로 유입되는 공기를 상기 제1 통로(200) 및 제2 통로(300)를 거치도록 하여 도입되는 공기의 유량에 관계없이 배출되는 공기의 유량의 편차를 감소시켜 산기장치에 보다 균등한 공기를 공급할 수 있다.
상기 공기주입배관(100)은 일단이 콤프레서(Compressor) 또는 블로워(Blower) 등의 급기장치(미도시)와 연결되어 공기 또는 산소를 공급할 수 있으며, 콤프레서를 통하여 압축공기를 공급하는 것도 가능하다.
상기 공기주입배관(100)은 강관일 수 있으나, 부식 방지 및 내화학성 확보를 위해 스테인리스강 또는 PVC 재질의 배관으로 구비되는 것이 바람직하다.
상기 제1 통로(200)는 일단이 상기 공기주입배관(100)과 연결되어, 공기가 유입되어 일 방향으로 유동하며, 하부면의 길이방향을 따라 복수개의 연통홀(210)이 구비된다.
상기 제1 통로(200)는 상기 공기주입배관(100)에서 유입되는 공기의 급기경로를 제공한다.
상기 공기주입배관(100)으로 유입된 공기는 우선 제1 통로(200)를 따라 유입되고, 압력에 의해 유입된 곳의 반대 방향으로 유동하게 된다.
상기 연통홀(210)은 상기 제1 통로(200)의 하부면에 길이방향을 따라 구비된다.
구체적으로 상기 연통홀(210)이 상기 제1 통로(200)의 하부면과 형성되어 제2 통로(300)의 상부면을 관통하도록 형성될 수 있으며, 상기 제1 통로(200)의 하부면은 상기 제2 통로(300)의 상부면을 구성할 수 있다.
상기 연통홀(210)은 상기 제1 통로(200) 및 제2 통로(300)의 사이에 형성되며, 상기 제1통로에 유입되는 공기의 일부가 상기 제2 통로(300)로 직접 유입되도록 하며, 상기 연통홀(210)이 복수개로 구비되어 상기 제1 통로(200)를 따라 유동하는 공기가 균등하게 분기되도록 할 수 있다.
구체적으로 상기 제1 통로(200)의 체적보다 더 많은 양의 공기가 상기 공기주입배관(100)을 통하여 제1 통로(200)로 유입되는 경우 일부 공기는 상기 연통홀(210)을 통하여 상기 제2 통로(300)로 직접 유입될 수 있다.
한 구체예에서, 상기 연통홀(210)은 상기 제1 통로(200)의 하부면의 중심선(Y)의 길이방향을 따라서 일정 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
상기 연통홀(210)이 상기 제1 통로(200)의 하부면의 중심선을 따라 일정 간격으로 이격되는 경우 어느 하나의 연통홀(210)에 유입되는 공기가 인접하는 다른 연통홀(210)에 유입되는 공기의 흐름을 방해하지 않을 수 있으며, 공기의 유동량을 일정하게 유지시키는데 유리하다.
상기 연통홀(210)은 상기 공기주입배관(100)으로부터 유입되는 공기량이 급격하게 증가되는 경우에도 공기가 상기 제1 통로(200)에서 상기 제2통로(300)로 직접 유입되도록 하여 공기의 유량을 효과적으로 분산시킬 수 있다.
상기 제2 통로(300)는 상기 제1 통로(200)의 타단과 일단이 연결되고, 상부면이 상기 연통홀(210)과 연결되어 유동하는 공기의 일부가 유입되며, 양측부를 따라 복수개의 연결포트(310)를 구비한다.
상기 제2 통로(300)는 일단이 상기 제1 통로(200)의 타단과 연결된다.
한 구체예에서, 상기 제1 통로(200)의 타단은 개방되어 상기 제2 통로(300)의 일단과 연통될 수 있다.
상기 제1 통로(200)의 타단은 개방되어 상기 제2 통로(300)로 유입되는 공기 유량에 제한을 가하지 않는다.
상기 제2 통로(300)의 일단이 상기 제1 통로(200)의 타단과 연결되어, 상기 공기주입배관(100)으로부터 유입되는 공기의 일부가 상기 연통홀(210)을 통하여 상기 제2 통로(300)로 직접 유입되고, 나머지 공기가 상기 제1 통로(200)의 타단에서 상기 제2 통로(300)의 일단으로 유동할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 제2 통로(300)의 일단은 사면(320)이 구비되어 상기 제1 통로(200)의 타단과 연결될 수 있다.
상기 제2 통로(300)의 일단이 사면(320)이 구비되어 상기 제1 통로(200)의 타단으로 이동하는 공기가 상기 제2 통로(300)의 벽면에 직접 부딪쳐서 공기의 흐름을 방해하는 와류의 생성을 방지할 수 있다.
상기 사면(320)을 따라 상기 제1 통로(200)로 유입되는 공기가 이동하여 상기 제2 통로(300)의 일단으로 유입될 수 있다.
한 구체예에서, 상기 제1 통로(200)와 제2 통로(300)의 높이는 하기 수학식 1및 2에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 1]
d ≤ h0 ＜ 1.5d
[수학식 2]
1.5h1 < ho < 3h1
여기서, d는 공기주입배관(100)의 지름이고, ho는 제1 통로(200)의 높이이고, h1은 제2 통로(300)의 높이이다.
상기 제1 통로(200)의 높이는 공기주입배관(100)의 지름과 유사한 수준으로 구비되어야 하며, 구체적으로 공기주입배관(100) 지름과 같거나 공기주입배관(100) 지름의 1.5배보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 범위에서 상기 제1 통로(200)의 높이가 결정되는 경우 공기주입배관(100)으로부터 유입된 공기가 제1 통로(200)에서 공기의 흐름을 원활하게 유지할 수 있으면서도, 상기 연통홀(210)을 통하여 공기의 일부가 일정한 유량으로 상기 제2 통로(300)로 유입될 수 있다.
상기 제 1 통로(200)의 높이가 상기 범위보다 클 경우에는 주입된 공기가 상기 연통홀(210)을 통과하지 못하고 빠르게 반대편으로 이동하기 때문에, 주입부 반대쪽의 연결포트(310)에서 많은 양의 공기가 배출될 수 있다. 반면, 상기 제1 통로(200)의 높이가 상기 범위에 미만인 경우에는 주입된 공기가 상기 연통홀(210)로 과다하게 통과하여 주입부 쪽의 연결포트(310)에서 많은 양의 공기가 배출될 수 있다.
한편, 상기 제 1 통로(200)의 높이는 상기 제 2 통로(300) 높이의 2배 수준으로 구비되어야 하며, 구체적으로 제 2 통로(300) 높이의 1.5배보다 크고 3배보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1 통로(200)의 높이가 상기 범위보다 작을 경우, 제 1 통로(200)에서 유입된 공기가 제 2 통로(300)로 빠르게 이동하여 상기 연통홀(210)에 의한 공기 분배 효과가 줄어들 수 있다. 반대로 상기 범위 보다 클 경우, 제 2 통로(300)에 의한 분배 효과가 감소하여 공기가 제대로 분배되지 않을 수 있다.
상기 연결포트(310)가 상기 제2 통로(300)의 양측부를 따라 구비되어 상기 제2 통로(300)에 유동하는 공기가 상기 연결포트(310)를 통하여 배출될 수 있다.
상기 연결포트(310)의 하류에는 산기장치(미도시)가 연결될 수 있으며, 상기 연결포트(310)를 통하여 유입되는 공기 또는 산소가 상기 산기장치에 공급되어 침지식 분리막의 생물학적 유기물의 분해 속도를 증가시키고, 상기 분리막의 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 연결포트(310)는 상기 제2 통로(300)의 양측부를 따라서 일정 간격으로 이격되어 구비될 수 있다.
상기 연결포트(310)는 상기 제2통로(300)의 일측부를 따라서 일정 간격으로 이격되어 구비되는 것도 가능하다.
상기 제2 통로(300)의 양측부에 상기 연결포트(310)가 일정 간격으로 이격되어 구비되어, 하류에 구비되는 산기장치의 개수를 증가시킬 수 있으며, 대용량 침지식 분리막 모듈을 구성하기에 유리하다.
상기 연결포트(310)의 형상이나 크기에 대한 제한은 없으나, 상기 제2 통로(300) 보다 작아야 하고, 어느 하나의 연결포트(310)가 인접하는 연결포트(310)와 일정 거리 이상으로 이격되어 상기 연결포트(310)를 통하여 배출되는 공기의 흐름에 의한 영향을 배제하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결포트(310)는 상기 연통홀(210)과도 일정 거리 이상 높이 차를 두어, 연통홀(210)을 통과한 공기와 상기 사면(320)을 통해 유입되는 공기가 제2 통로(300)에서 균일하게 섞일 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 연결포트(310)는 상부가 막힌 반원 형태로 제작할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한 구체예에서, 상기 연결포트(310)는 적어도 10개 이상일 수 있다.
구체적으로 상기 연결포트(310)가 제2 통로(300)의 어느 일면에 10개 이상으로 구비되고, 반대면에 10개 이상으로 구비되어 제2 통로(300)의 전체에 20개 이상으로 구비될 수 있다.
상기 연결포트(310)의 개수는 상기 제2 통로(300)의 길이에 따라 결정되는 것이 바람직하며, 상기 제2 통로(300) 전체 길이에서 각각의 연결포트(310)의 이격거리가 균등하도록 배치하는 것이 더욱 바람직하다.
다만, 상기 연결포트(310)의 개수는 제2통로(300)의 길이와 공기주입배관(100)으로 유입되는 공기량에 따라 변화될 수 있으며, 개수가 제한되지는 않는다.
한 구체예에서, 상기 연결포트(310) 각각에서 배출되는 공기 토출량의 편차는 평균 토출량의 20% 이내일 수 있다.
구체적으로 상기 연결포트(310)를 통하여 배출되는 공기 토출량은 각 연결포트(310)마다 상이할 수 있으나, 전체적으로 평균 토출량을 기준으로 하여 편차가 20% 이내이다. 상기 연결포트(310)의 총 개수가 적을수록 평균 토출량 기준 편차가 줄어 들고, 연결포트(310)의 개수가 늘어날수록 편차는 증가한다. 다만 공기 토출량의 편차가 20%를 넘어가는 경우 산기장치용 매니폴드(1000)의 효용성이 감소되므로, 편차는 20%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
상기 연결포트(310)에서 배출되는 공기의 토출량의 편차가 상기 범위 내로 제한되고 분리막 모듈 하부에 설치된 전체 산기장치에 균등하게 공기가 공급되도록 하여 침지식 분리막의 파손을 방지하고, 분리막의 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 연통홀(210)의 형상이나 크기에 대한 제한은 없으나, 각 연통홀(210)의 단면적의 총합이 상기 제 1 통로(200)의 단면적보다는 작아야 하고, 인접하는 연통홀(210) 간의 이격 거리를 일정 거리 이상으로 하여 공기의 흐름에 의한 영향을 배제하는 것이 바람직하다.
한 구체예에서, 상기 연통홀(210)과 상기 연결포트(310)는 산기장치용 매니폴드(1000)의 동일 선(X) 상에 위치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 산기장치용 매니폴드(1000)의 상부에서 상기 매니폴드를 바라보면 상기 연통홀(210)과 상기 제2 통로(300)의 양측면에 구비되는 연결포트(310)가 일직선(X) 상에 배치될 수 있고, 이 경우 상기 공기가 상기 연통홀(210)에서 인접하는 연결포트(310)까지 이동하는 거리가 최단으로 감소될 수 있기 때문에 공기 흐름이 원활하여 상기 각각의 연결포트(310)에서 배출되는 공기의 토출량을 균등하게 조절할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 구체예에서, 상기 연통홀(210)은 산기장치용 매니폴드(1000)에서 어느 하나의 연결포트(310)와 이웃하는 연결포트(310)의 사이에 형성되고, 연통홀(210)은 상기 제2통로(300)의 일측면에 구비된 연결포트(310)보다 적은 수로 타공될 수 있다.
상기 산기장치용 매니폴드(1000)의 상부에서 상기 매니폴드(1000)를 바라보면 상기 연통홀(210)이 상기 제 2 통로(300)의 양측면에 구비되는 연결포트(310)의 사이에 배치될 수 있고, 상기 연통홀(210)에서 유입된 공기가 인접한 모든 연결포트(310)로 고르게 분배될 수 있다. 이 경우, 상기 연통홀(210)은 상기 연결포트(310) 4개당 1개씩만 구비하여도 상기와 유사한 효과를 기대할 수 있다.
도 6은 종래 산기장치용 매니폴드 내에서 공기의 흐름을 나타낸 모식도이고, 도 7은 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드(1000) 내에서 공기 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 6을 참조하면, 종래 산기장치용 매니폴드는 연통홀과 제2 통로를 구비하지 않아서, 공기주입배관(10)으로 유입되는 공기가 직접 연결포트(31)로 토출되게 된다.
이 때 공기주입배관(10)으로부터 유입된 공기가 매니폴드 반대쪽까지 순간적으로 이동한 다음 반대의 흐름이 발생하면서 공기주입배관(10)으로부터 먼 연결포트(Pn)부터 공기가 배출되고, 가까운 연결포트(P1)는 상대적으로 적은 공기만 배출되게 된다.
종래 매니폴드는 각각의 산기장치로 공급되는 공기의 유량이 균등하지 못하고 어느 한쪽으로 쏠리게 되어 전체적으로 불균등한 산기가 일어나 분리막의 세척 효과가 균등하지 못하고, 분리막에 불규칙하게 오염이 발생할 수 있으며, 이는 산기 매니폴드의 길이가 길어질수록 악화된다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드(1000)의 유량 변화에 따른 매니폴드 내의 공기 흐름은 공기 주입량이 적은 저유량의 경우에도 제1 통로(200)를 모두 채울 때까지 어느 연결포트(310)로도 공기가 배출되지 않다가, 포집된 공기가 다수의 연통홀(210)과 제2통로(300)를 통해 고르게 분산되면서 각각의 연결포트(310)로 균일한 양으로 공기가 배출되게 된다.
반대로 공기 주입량이 과다하게 많아지는 고유량의 경우에는 주입된 공기가 제1 통로(200)를 통과하면서 하부의 연통홀(210)을 통해 일부가 제2 통로(300)로 직접 이동하고, 제1 통로(200) 끝까지 도달한 공기는 다시 제2 통로(300)를 통해 이동하여 제2통로(300)에서는 비교적 균등한 상태가 되어, 결과적으로 각각의 연결포트(310; P1~Pn)에서는 균등한 양의 공기가 배출될 수 있다.
따라서 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드(1000)는 다수의 산기장치가 필요한 침지식 분리막 모듈에서 각각의 산기장치에 균등한 양의 공기를 제공하여 산기장치가 분리막 표면의 오염물을 효율적으로 제거할 수 있도록 하고, 급격한 공기 유량의 변화에도 각 산기장치에 공급되는 공기의 유량을 일차적으로 제어할 수 있기 때문에 분리막의 훼손을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 산기장치용 매니폴드를 이용한 균등한 공기 분배방법에 관한 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 관점에 따른 산기장치용 매니폴드를 이용한 공기 분배방법의 순서도이다.
도 11을 참조하면, 상기 산기장치용 매니폴드를 이용한 균등한 공기 분배방법은
(a) 공기를 공기주입배관에 유입시키는 단계;
(b) 상기 공기주입배관과 연결되는 제1 통로에 공기가 유입되는 단계;
(c) 상기 제1 통로와 일단이 연결된 제2 통로에 공기가 유입되며, 상기 제1통로와 제2통로의 사이에 형성되는 연통홀을 통하여 공기가 함께 유입되어 상기 제2 통로 내의 수위를 조절하는 단계; 및
(d) 상기 제2 통로 양측부에 구비되는 연결포트를 따라 공기가 배출되는 단계;를 포함한다.
우선 컴프레서 또는 블로워를 통하여 상기 공기주입배관에 공기를 유입시킨다(S100).
상기 컴프레서 또는 블로워를 조절하여 공기주입배관에 유입되는 공기의 유량을 결정할 수 있다.
상기 공기주입배관과 연결되는 제1 통로에 공기가 유입된다(S200).
상기 공기주입배관으로 유입된 공기는 제1 통로를 따라 일 방향으로 이동할 수 있다.
상기 제1 통로와 일단이 연결된 제2 통로에 공기가 유입되며, 상기 제1통로와 제2통로의 사이에 형성되는 연통홀을 통하여 공기가 함께 유입되어 상기 제2 통로 내의 수위를가 조절된다(S300).
상기 공기의 일부는 연통홀을 통하여 직접 상기 제2 통로로 유입되어 최단 거리로 상기 연결포트로 이동하고, 나머지 공기는 상기 제1 통로의 타단으로 이동하고, 상기 제2통로의 일단으로 다시 유입되어 상기 제1 통로의 공기 흐름과 반대 방향으로 흐르게 된다.
상기 공기의 유량이 상기 제1 통로의 부피보다 작은 경우 상기 공기는 제1 통로를 따라 제2 통로로 이동하게 되나, 상기 공기의 유량이 제1 통로의 부피보다 큰 경우에는 일부 공기가 상기 연통홀을 통하여 제2 통로로 직접 유입되고, 나머지 제1 통로에서 유입되는 나머지 공기와 합류되어 제2 통로의 수위를 결정하기 때문에 고유량 또는 저유량에서도 연결포트를 통하여 배출되는 공기의 유량을 균등하게 제어할 수 있다.
상기 제2 통로 양측부에 구비되는 연결포트를 따라 공기가 배출된다(S400).
상기 제2 통로에는 상기 연통홀을 통하여 직접 유입되는 공기와 상기 제1 통로와 연결되어 상기 제2 통로의 일단으로부터 유입되는 공기가 합류되며, 상기 제2 통로는 상기 공기주입배관에 유입되는 공기 유량의 변화가 현저한 경우에도 상기 연결포트를 통하여 배출되는 공기량을 조절할 수 있으며, 특히 각각의 연결포트에서 토출되는 공기 유량의 편차는 전체 평균 토출량의 20% 이내로 조절될 수 있다.
상기 연결포트를 따라 배출되는 공기는 하류의 산기장치에 연결될 수 있으며, 산기장치에 균등한 공기가 공급되어 침지식 분리막의 생물학적 유기물 분해 속도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 침지분리막의 오염을 방지하고, 침지분리막의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서 본 발명의 다른 관점에 따른 산기장치용 매니폴드를 이용한 공기 분배방법은 산기장치의 상류에 배치되어 다수의 산기장치에 균등한 공기를 공급하여 침지식 분리막 모듈의 개수를 효과적으로 증가시키고 대형화할 수 있고, 공기 토출량이 조절되어 산기장치로 유입되어 침지분리막의 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 공기 유입량의 급격한 변화에 따른 침지분리막의 훼손 또한 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 4를 참고하여, 길이 약 2,000㎜의 산기장치용 매니폴드를 제작하였으며, 이 때, 공기주입배관의 지름은 약 90㎜, 제 1 통로의 높이는 100㎜, 폭은 40㎜였으며, 제 2통로의 높이는 40㎜였다. 연결포트는 한측면에만 21개를, 내부 연통홀도 연결포트의 수에 맞춰 21개를 타공하였다. 이때, 연결포트의 지름은 20㎜, 연통홀의 지름은 12㎜였다.
비교예 1
도 6의 형상과 같은 종래 산기장치용 매니폴드를 길이 약 2,000㎜로 제작하였으며, 이 때, 공기주입배관의 지름은 약 90㎜, 제 1 통로의 높이는 140㎜, 폭은 40㎜였다. 추가로 연결포트는 한측면에만 21개를 타공하였으며, 연결포트의 지름은 20㎜였다.
실험예
별도 제작한 프레임에 수평을 맞춰 실시예 1 및 비교예 1에 따른 상기 산기장치용 매니폴드를 고정한 다음, 각 연결포트에서 토출되는 공기량을 측정하기 위해, 총 8개의 홀이 타공된 산기관과 공기를 포집했다가 일정량(약 500㎖)을 초과하면 방출되는 기포발생장치를 추가 설치했다. 길이 2,700㎜, 폭 1,200㎜, 높이 1,000㎜의 평가수조에 수돗물을 약 600㎜ 높이로 채운 다음, 상기 프레임을 집어넣었다. 소형 블로워에 공기 배관을 연결한 다음, 유량계에 연결하여 공기 주입량을 조절할 수 있도록 장치를 구성한 후 상기 매니폴드의 공기주입배관에 상기 공기 배관을 연결했다. 상기 블로워를 가동한 후, 상기 유량계로 공기 공급량을 조절하면서 각 연결포트에 설치된 기포발생장치의 각 토출구에서 공기가 방출된 빈도를 1분간 측정하였다.
상기 실험방법으로 상기 산기장치용 매니폴드에 약 70㎥/hr의 유량으로 공기를 주입한 다음, 공기주입배관에서 가까운 순서 기준으로 각 1, 11, 21번째 연결포트에 설치된 기포발생장치의 각 토출구에서의 방출횟수를 총 2회 측정한 다음 평균값을 하기의 표 1에 정리하였다. 여기서, 공기방출량은 기포발생장치의 내부 포켓의 부피에 방출횟수를 곱해서 구한 계산값으로 측정 오차 및 추가 보정 등은 고려하지 않았다.
상기 표 1의 결과를 시각적으로 이해하기 쉽게 표현하기 위해 도 8 내지 10에 그래프로 도시하였다.
도 8은 종래 산기장치용 매니폴드에 공기가 주입될 때 각 연결포트에서의 공기 토출량을 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드(1000)에 공기가 주입될 때 각 연결포트(310)에서의 공기 토출량을 나타낸 그래프이며, 도 10은 종래 산기장치용 매니폴드와 본 발명의 한 구체예에 따른 산기장치용 매니폴드의 각 연결포트에서 방출되는 공기 토출량을 비교한 그래프이다.
상기 표 1과 도 8 내지 10에서 볼 수 있듯이, 동일한 조건에서 종래의 산기장치용 매니폴드는 공기주입배관에서 멀리 있는 연결포트에서 상대적으로 많은 공기가 토출되며, 공기가 적게 토출되는 공기주입배관에서 가까이 있는 연결포트는 기포발생장치의 토출구 간 공기방출 횟수의 편차도 큰 경향을 보이는데 반해, 본 발명의 산기장치용 매니폴드(1000)는 각 연결포트(310) 및 기포발생장치 간 공기방출 횟수의 편차가 크지 않아 공기가 고르게 분배됨을 알 수 있었다. 상기와 같은 경향은 주입 공기량이 40L/min에서 80L/min까지 변화됨에도 유사하게 유지됨을 확인할 수 있었다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000 : 산기장치용 매니폴드
100 : 공기주입배관 200 : 제1 통로
210 : 연통홀 300 : 제2 통로
310 : 연결포트 320 : 사면
a : 공기 흐름

Claims (11)

  1. 공기를 공급하는 공기주입배관;
    일단이 상기 공기주입배관과 연결되어, 공기가 유입되고 일 방향으로 유동하며, 하부면의 길이방향을 따라 복수개의 연통홀이 구비되는 제1통로; 및
    상기 제1 통로의 타단과 일단이 연결되고, 상부면이 상기 연통홀과 연결되어 유동하는 공기의 일부가 유입되며, 양측부를 따라 복수개의 연결포트가 구비되는 제2 통로;를 포함하는,
    산기장치용 매니폴드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 통로의 일단은 사면이 구비되어 상기 제1 통로의 타단과 연결되는 것인, 산기장치용 매니폴드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 통로의 타단은 개방되어 상기 제2 통로의 일단과 연통되는 것인, 산기장치용 매니폴드.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 통로와 제2 통로의 높이는 하기 수학식 1및 수학식 2에 따라 결정될 수 있다.
    [수학식 1]
    d ≤ h0 ＜ 1.5d
    [수학식 2]
    1.5h1 < ho < 3h1
    여기서, d는 공기주입배관의 지름이고, ho는 제1 통로의 높이이고, h1은 제2 통로의 높이이다.
  5. 제1항 있어서, 상기 연통홀은 상기 제1 통로의 하부면의 중심선의 길이방향을 따라서 이격되어 형성되는 것인, 산기장치용 매니폴드.
  6. 제1항 있어서, 상기 연결포트는 상기 제2 통로의 양측부를 따라서 이격되어 구비되는 것인, 산기장치용 매니폴드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연결포트는 적어도 10개 이상인 것인, 산기장치용 매니폴드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 연결포트 각각에서 배출되는 공기 토출량의 편차는 평균 토출량의 20% 이내인 것인, 산기장치용 매니폴드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 연통홀과 상기 연결포트는 매니폴드의 동일 선 상에 위치되는 것인, 산기장치용 매니폴드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 연통홀은 어느 하나의 연결포트와 이웃하는 연결포트의 사이에 형성되고, 상기 연통홀은 상기 제2 통로의 일측면에 구비된 연결포트의 수보다 적은 수로 형성되는 것인, 산기장치용 매니폴드.
  11. (a) 공기를 공기주입배관에 유입시키는 단계;
    (b) 상기 공기주입배관과 연결되는 제1 통로에 공기가 유입되는 단계;
    (c) 상기 제1 통로와 일단이 연결된 제2 통로에 공기가 유입되며, 상기 제1통로와 제2통로의 사이에 형성되는 연통홀을 통하여 공기가 함께 유입되어 상기 제2 통로 내의 수위를 조절하는 단계; 및
    (d) 상기 제2 통로 양측부에 구비되는 연결포트를 따라 공기가 배출되는 단계;를 포함하는,
    산기장치용 매니폴드를 이용한 공기 분배방법.
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