KR100881629B1 - 중공사막을 이용한 오폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폭기조에 중공사막 모듈을 설치하여 공기펌프를 통해 공기를 분출시키면서 폭기조에 유입된 오폐수를 처리하는 중공사막을 이용한 오폐수 처리장치에 있어서, 오폐수가 유입되어 저장되는 폭기조; 상기 폭기조의 하부에 대향되어 형성되는 한쌍의 모듈받침대;상기 모듈받침대에 일정 간격으로 다수 형성되는 모듈고정홈; 상기 모듈고정홈에 삽입되는 스프링; 상기 스프링 위에 형성되는 스프링판; 상기 폭기조의 상부에 일정 간격으로 형성되는 모듈걸림홈; 상기 모듈고정홈과 상기 모듈걸림홈 사이에 삽입 설치되되, 상단 양측면에는 상기 모듈걸림홈에 삽입되어 상하로 가이드되면서 이동되도록 걸림돌기가 형성된 중공사막 모듈; 및 상기 폭기조에 설치되되, 중공사막 모듈의 하부에서 공기를 분출하는 공기파이프;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중공사막을 이용한 오폐수 처리장치에 관한 것이다.

오폐수 처리장치, 폭기조, 중공사막모듈, 스프링, 상하진동, 쿠션부재

Description

중공사막을 이용한 오폐수 처리장치{Apparatus for purifying sewage using micro porous hollow fiber membrane}

본 발명은 오수나 폐수를 정화하여 처리하는 오폐수 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중공사막 모듈에 달라 붙는 오염물질을 신속하고 간단하게 제거하면서 처리효율도 우수한 중공사막을 이용한 오폐수 처리장치에 관한 것이다.

중공사막 모듈이란 표면에 무수히 많은 작은 미세공이 뚫려 있고 가운데 공간이 비어 있는 가는 섬유인 중공사막을 이용하여 여러 가지 물질이 혼합되어 있는 다성분 액체로부터 미세공 크기 보다 큰 물질은 배제시키고 미세공 크기 보다 작은 물질만을 선택적으로 통과시켜 회수할 수 있는 장치를 의미한다.

일반적으로, 중공사막 모듈은 무균수, 음용수 제조 등과 같은 한외여과 및 정밀여과 분야에 널리 사용되어 왔으며, 최근에는 하수 종말 처리에서의 고도처리, 소규모 합병정화조에서의 고도처리, 산업폐수에서의 부유물질 제거, 중수도 및 고농도 유기성 폐수의 처리, 공업용수 및 가정용수의 처리 뿐만 아니라 식품, 자동차 및 철강산업 등의 생산공정에서의 공정물질 회수 등 다양한 분야에서 활발하게 적용되고 있다.

중공사막 모듈의 다양한 용도와 관련하여 부유물질 및 미생물의 농도가 일정량 이상으로 높게 유지되는 생물학적 오폐수 처리과정의 폭기조에 중공사막 모듈을 침지시켜 사용하는 경우, 미생물의 침전도에 관계 없이 처리수질을 항상 양호하게 유지할 수 있기 때문에 미생물 관리에 필요한 약품 및 유리관리비가 적게 소모되고, 폭기조의 미생물을 고농도로 유질할 수 있기 때문에 유입수의 농도변화에 대응하는 능력이 탁월해지며, 중력침강을 이용하여 고/액분리시키기 위한 침전조가 불필요하기 때문에 시설설치에 소요되는 부지면적이 적어지는 등 상당한 장점이 있음이 밝혀짐에 따라 고농도 오폐수를 처리하는 중공사막 모듈에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

부유물질 농도가 높은 오폐수에 중공사막 모듈을 직접 침지시켜 여과하는 경우에는 중공사막의 막표면이나 막간에 부유물질이 축적되어 유로가 믹힘으로 인해 투과수량이 저하되는 막간 폐색이 일어나 여과수명이 단축되는 현상이 발생된다. 따라서, 부유물질 농도가 높은 오폐수를 장기간에 걸쳐 여과하기 위하여는 중공사막 모듈의 구조가 막간 폐색 현상을 억제할 수 있는 구조를 가져야 하며, 또한 막 모듈의 하단에서 공기를 폭기시키거나 난류를 형성시키거나 초음파 또는 진동을 주어 중공사막을 흔들어 줌으로써 막표면이나 막간에 축적되는 부유물질을 계속 세정해주어야 한다.

여기서, 모듈의 하단에 공기를 폭기시켜 난류를 형성시키는 방법이 비용이나 세정효과면에서 장점이 있으므로 가장 많이 채택된다.

모듈의 하단에 공기를 폭기시키는 구조를 간단히 설명하면, 폭기조에 수십개의 중공사막 모듈이 일정간격으로 설치되고, 지상의 공기펌프에서 중공사막 모듈의 하단(폭기조 저부)까기 이어지는 공기파이프를 형성한 다음, 공기펌프의 작동으로 폭기저 저부에서 지속적인 공기가 폭기조로 유입되어 부력에 의해 공기가 상승하면서 난류를 일으켜 중공사막의 미세공에 달라붙어 있는 오염물질을 지속적으로 털어내는 것이다.

공기파이프로부터 폭기조로 유입되는 공기의 양이 많고 압력이 높으면 중공사막의 미세공에 달라 붙어 있는 오염물질의 제거효과에 높지만, 일정량 이상의 공기와 일정압력 이상의 공기는 미생물의 활동에 역효과를 내므로 공기의 양을 증가시키거나 공기의 압력을 높이는 방법으로는 오염물질을 제거하는데 한계가 있다.

한편, 폭기조에 설치되는 중공사막 모듈은 중공사막을 상단과 하단에서 고정부재에 삽입한 후 접착제 등으로 고정한 것이다. 따라서 폭기조에 설치될 때 하부 고정부재을 폭기조 아래 고정한 다음 상부 고정부재을 폭기조 상단에 고정한다.

폭기조에 중공사막 모듈 수십개를 설치하여 사용할 때, 오폐수가 폭기조로 유입되어 일정시간 동안 사용하다 보면 중공사막 모듈은 여러가지 요인으로 손상이 날 수도 있다. 이때에는 중공사막 모듈을 교체해 주어야 하는데 오폐수가 가득찬 폭기조에 침지되어 있으므로 교체작업이 쉽지 않다.

교체작업을 용이하게 하기 위하여 손잡이를 형성하여 집게 등으로 들어내기도 하지만 도 1과 같이 중공사막(10)의 상하단을 상부고정부재(20) 및 하부고정부 재(30)로 구성되어 있는 중공사막 모듈은 상하로 구조적 강도가 없어서 매우 불편하다. 즉 폭기조를 기계장치 등을 이용하여 들어 올린 다음 중공사막 모듈을 설치한 후 다시 원위치 시키는 방법을 사용해야 한다. 즉 중공사막 모듈의 교체작업이 매우 불편하다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중공사막 모듈에 달라붙는 오염물질을 신속하고 지속적으로 제거할 수 있도록 하여 장치의 항상성과 처리효율을 높이고자 하는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 폭기조에 중공사막 모듈을 설치하여 공기펌프를 통해 공기를 분출시키면서 폭기조에 유입된 오폐수를 처리하는 중공사막을 이용한 오폐수 처리장치에 있어서, 오폐수가 유입되어 저장되는 폭기조; 상기 폭기조의 하부에 대향되어 형성되는 한쌍의 모듈받침대; 상기 모듈받침대에 일정 간격으로 다수 형성되는 모듈고정홈; 상기 모듈고정홈에 삽입되는 스프링; 상기 스프링 위에 형성되는 스프링판; 상기 폭기조의 상부에 일정 간격으로 형성되는 모듈걸림홈; 상기 모듈고정홈과 상기 모듈걸림홈 사이에 삽입 설치되되, 상단 양측면에는 상기 모듈걸림홈에 삽입되어 상하로 가이드되면서 이동되도록 걸림돌기가 형성된 중공사막 모듈; 및 상기 폭기조에 설치되되, 중공사막 모듈의 하부에서 공기를 분출하는 공기파이프;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중공사막을 이용한 오폐수 처리장치를 제공하고자 한다.

본 발명에 따르면 중공사막 모듈이 상하로 진동하기 때문에 중공사막의 미세공에 달라붙어 있는 오염물질이 폭기되는 공기뿐만 아니라 중공사막 모듈을 지속적으로 상하진동시켜 제거함으로써 중공사막의 미세공에 달라붙어 있는 오염물질을 더 잘 제거할 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 오폐수 처리장치는 오폐수를 저장할 수 있고, 호기성 미생물이 서식할 수 있는 폭기조(100)를 포함한다.

폭기조는 일반적으로 시멘트 콘크리트나 금속재로 이루어지지만, 본 발명에서는 무게가 상대적으로 가볍고 관리가 용이한 금속재 폭기조를 사용한다.

오폐수 처리장치는 폭기조(100) 하나만으로고 가능하지만, 수개 내지 수백개를 일정한 공간에 설치하여 대규모로 할수도 있다.

폭기조는 오폐수가 유입되어 저장되고, 미생물이 서식해야 하므로 대략 폭이 1 ~ 2m 이고 높이가 1 ~ 2m인 정육면체나 직육면체로 이루어진다.

폭기조(100)에는 유입된 오폐수로 정화수를 분리해 내기 위하여 중공사막 모듈(200)이 설치된다. 중공사막 모듈(200)은 중공사막(210)을 수백 내지 수천개씩 다발로 묶어 놓은 것으로, 폭기조(100)의 높이와 비례하여 적당한 길이를 갖는 중 공사막(210)을 상하단에서 고정시킨 것이다. 즉, 중공사막(210)의 상단을 고정하는 상부고정부재(220)와 중공사막(210)의 하단을 고정하는 하부고정부재(230)를 포함하고, 상부고정부재(220)와 하부고정부재(230)를 좌우에서 일체로 연결하는 좌측고정부재(240)과 우측고정부재(250)로 이루어진다.

상부고정부재(220)에는 내부에 유로가 형성되고 중공사막(210) 단부가 유로와 연통되어 있으며, 상부고정부재(220)의 일측에는 유로와 연통되는 흡입구(222)가 형성된다. 흡입구(222)는 흡입펌프가 연결되어 흡입구(222)를 통해 폭기조(100)의 오폐수에서 정화수를 뽑아내는 것이다.

상부고정부재(220)의 일측에는 중공사막 모듈(200)이 설치된 상태에서 교체나 정비를 위해서 들어낼 경우가 발생되는데, 이때 용이하게 들어내기 위해서 손잡이(224)가 설치된다. 손잡이에는 걸공을 형성하여 집게나 기계장치를 통해서 용이하게 들어낼 수 있도록 한다.

폭기조(100)의 내부에는 가로방향으로 모듈받침대(500)가 상호 대향되어 형성되고, 모듈받침대(500)에는 상부고정부재(220)와 하부고정부재(230)의 양 단면과 대응되는 형태의 모듈고정홈(510)이 모듈받침대를 따라 일정 간격으로 다수 형성된다.

모듈고정홈(510)에는 스프링(520)이 삽입되어 중공사막 모듈이 설치되었을 때 탄성지지하여 폭기조내의 오폐수가 공기압에 의해 유동될 때 상하로 소정거리 연동될 수 있도록 한다. 스프링(520)의 중심에는 고무와 같은 쿠션부재(530)가 삽입되는데, 쿠션부재(530)는 스프링 높이의 50 ~ 90% 정도까지만 형성된다. 이는 진 동초기에 스프링의 반발력에 의해 진동을 용이하게 한 후 진동후기에 과도한 롤링을 방지하고자 하는 것이다.

스프링(520) 위에는 중공사막 모듈의 하중이 가해질 때 하중이 분산되어 균형을 유지할 수 있도록 스프링판(522)이 형성되고, 스프링판(522)의 측단은 모듈고정홈(510)에 걸려서 스프링(520)과 함께 스프링판(522)이 상하로 이동시 모듈고정홈(510)에서 완전히 이탈되지 않고 가이드될 수 있도록 한다.

폭기조(100)의 상단에는 모듈고정홈(510)과 대응되어 중공사막모듈(200)을 고정하는 모듈걸림홈(610)이 형성된다. 모듈걸림홈(610)은 상하로 길게 형성된다.

상부고정부재(220)의 양측단에는 모듈걸림홈(610)에 삽입되어 중공사막모듈(200)이 상하로 진동될 때 가이드되는 걸림돌기(226)가 돌출되어 형성된다.

폭기조(100)에는 공기파이프(300)가 설치되고, 공기파이프(300)의 단에는 공기분배파이프(310)가 연장되어 형성된다. 폭기조(100)의 오폐수는 미생물에 의해 분해되는데, 미생물은 대부분 호기성 미생물이어서 공기를 충분히 공급해 주어야 처리효율이 높아진다. 또한 중공사막을 통해 정화수가 흡입될때 오염물질이 중공사막(210)의 미세공을 막아 폐색되는 경우가 쉽게 발생되는데 적절히 제거해 주지 않으면 오폐수 처리효율이 급격히 떨어진다. 따라서 미세공 주변에 달라붙는 오염물질을 털어서 제거하기 위해서 공기를 불어넣어 오폐수에 난류를 일으키는 것이다.

중공사막(210)의 미세공에 달라붙어 있는 오염물질을 제거하는 것은 오폐수 처리장치의 효율성을 결정하는 가장 큰 요인 중의 하나다. 따라서 공기파이프(300)의 단부는 중공사막모듈(200)의 하부에 위치시켜 다수의 공기구멍이 형성된 공기분배파이프(310)를 통해 공급함으로써 오폐수 전체에 난류를 일으켜 오염물질을 털어내는 것이다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 오폐수 처리장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

가정용 폐수나 산업용 폐수가 모이는 특정 장소에 오폐수 처리장치가 설치되는데, 먼저 폭기조(100)를 설치하고, 폭기조(100)에 중공사막 모듈(200)을 설치한다. 폭기조(100)에는 중공사막 모듈(200)의 단면에 대응되는 홈이 형성되어 있으므로 중공사막 모듈(200)을 위에서 부터 아래로 하나씩 꽂아 넣는다.

공기파이프(300)는 폭기조(100)의 일측에 용접이나 볼팅에 의해 일체로 설치하고, 각각 공기펌프와 연결한다.

중공사막모듈(200)을 설치한 후에는 상부고정부재(220)에 형성된 흡입구(222)를 흡입펌프와 연결한다.

상기와 같이 폭기조(100)가 설치되고, 폭기조(100)에 공기파이프(300) 및 중공사막 모듈(200)이 설치된 상태에서 폭기조(100)에 오폐수가 유입되면 호기성 미생물에 의하여 오염물질이 분해되면서 정화된다.

정화된 물은 흡입펌프의 작동으로 흡입구(222)를 통해 중공사막(210)에 부압을 발생시키면 중공사막(210)의 미세공을 통해 정화수가 흡입된다. 정화수를 흡입하는 반복되는 과정으로 중공사막(210)의 미세공에는 오염물질이 달라붙는데, 이때에는 중공사막 모듈(200)의 하부까지 연장되어 설치된 공기분배파이프(310)를 통해 공기가 분출되면서 오폐수에 난류를 일으켜 중공사막(210)의 미세공에 달라붙은 오 염물질을 털어낸다.

이때, 공기가 분출되면서 오폐수에 난류를 일으킴과 동시에 공기압에 의해 중공사막모듈(200)을 밀어올리면 중공사막모듈(200)이 일시적으로 약간 들떴다가 자중에 의해 내려앉는 반복 동작으로 진동하게 된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 스프링(520)의 중심에는 쿠션부재(530)가 형성되어 있어서 자중에 의해 내려 앉을 때 일정거리 이상 내려앉으면 그 속도를 감속시키면서 중공사막모듈(200)이 과도하게 롤링되는 것을 방지한다.

오폐수 처리장치를 장기간 사용하면 중공사막 모듈(200) 중 일부가 여러 가지 요인으로 손상되거나 사용할 수 없게 된다. 이때에는 중공사막 모듈(200)을 교체해 주어야 하는데, 중공사막 모듈(200)의 상부에 손잡이(224)가 설치되어 있으므로 폭기조(100)를 통채로 들어내거나 폭기조의 오폐수를 제거하지 않고도 손잡이(224)를 잡고 들어 올리면 손상된 중공사막 모듈(200)이 빠지게 되고, 여기에 새로운 중공사막 모듈(200)을 꽂아 넣는 것이다.

중공사막 모듈(200)의 좌우측에 형성된 좌측고정부재(240)와 우측고정부재(250)가 없으면 중공사막 모듈(200)을 꽂아 넣을때 오폐수의 부력에 의해 중공사막 모듈(200)이 구부러지면서 들뜨므로 폭기조(100)를 들어올리거나 오폐수를 제거하지 않으면 교체하기 어려운데, 좌측고정부재(240)와 우측고정부재(250)가 단단히 지지하고 있으므로 간단히 꽂아 넣을 수 있는 것이다.

도 1은 본 종래 중공사막 모듈의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수 처리장치의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오폐수 처리장치의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오폐수 처리장치의 주요부 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 폭기조 200 : 중공사막 모듈

210 : 중공사막 220 : 상부고정부재

226 : 걸림돌기

230 : 하부고정부재 240 : 좌측고정부재

250 : 우측고정부재 300 : 공기파이프

310 : 공기분배파이프 500 : 모듈받침대

510 : 모듈고정홈 520 : 스프링

522 : 스프링판 530 : 쿠션부재

610 : 모듈걸림홈

Claims (2)

1. 폭기조에 중공사막 모듈을 설치하여 공기펌프를 통해 공기를 분출시키면서 폭기조에 유입된 오폐수를 처리하는 중공사막을 이용한 오폐수 처리장치에 있어서,

   오폐수가 유입되어 저장되는 폭기조;

   상기 폭기조의 하부에 대향되어 형성되는 한쌍의 모듈받침대;

   상기 모듈받침대에 일정 간격으로 다수 형성되는 모듈고정홈;

   상기 모듈고정홈에 삽입되는 스프링;

   상기 스프링 위에 형성되는 스프링판;

   상기 폭기조의 상부에 일정 간격으로 형성되는 모듈걸림홈;

   상기 모듈고정홈과 상기 모듈걸림홈 사이에 삽입 설치되되, 상단 양측면에는 상기 모듈걸림홈에 삽입되어 상하로 가이드되면서 이동되도록 걸림돌기가 형성된 중공사막 모듈; 및

   상기 폭기조에 설치되되, 중공사막 모듈의 하부에서 공기를 분출하는 공기파이프;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중공사막을 이용한 오폐수 처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스프링의 중심에는 쿠션부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 중공사막 을 이용한 오폐수 처리장치.

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