JP5837985B2

JP5837985B2 - ろ過装置

Info

Publication number: JP5837985B2
Application number: JP2014533181A
Authority: JP
Inventors: ムン，ヒ−ワン; ジョン，ジ−ヒュン
Original assignee: コーロンインダストリーズインク
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2032-08-14
Also published as: JP2014528351A; TW201313622A; CN103842056B; US9795926B2; KR20130035415A; CN103842056A; WO2013048005A1; US20140319037A1; TWI503288B

Description

本発明は、散気部及びそれを含むろ過装置に関し、より具体的には、ろ過装置内に存在する全ての中空糸膜を十分に且つ均一に洗浄することによって、ろ過効率を向上させ得る散気部及びそれを含むろ過装置に関する。

水処理のための分離方法としては、加熱又は相変化方法、ろ過膜方法などがある。ろ過膜方法によると、細孔のサイズに応じて所望の水質を安定的に得られるので、工程の信頼度を高めることができる。また、ろ過膜を用いると、高温での加熱などの操作が必要でないので、微生物などを使用する分離工程にろ過膜が使用される場合、微生物が熱によって影響を受けることを防止することもできる。

ろ過膜を用いた分離方法の一つとしては、各中空糸膜が束状に存在する中空糸膜モジュールを用いる方法がある。伝統的に、中空糸膜モジュールは、無菌水、飲用水、超純水の製造などの精密ろ過分野に広く使用されてきたが、最近は、下／廃水処理、浄化槽での固液分離、産業廃水での浮遊物質（ＳＳ：ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄ）除去、河川水のろ過、工業用水のろ過、及びプール水のろ過などにその応用範囲が拡大されている。

中空糸膜モジュールは、その作動方式に従って浸漬式モジュールと加圧式モジュールとに分類することができる。

浸漬式モジュールは、処理されるべき流体が収容されている水槽に浸漬される。中空糸膜内に陰圧（ｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅ）が加えられることによって、流体のみが選択的に中空糸膜を透過して内部に引き込まれ、不純物又はスラッジなどの固形成分は膜の外部に残るようになる。浸漬式中空糸膜モジュールを採択すると、流体の循環のための設備が必要でないので、施設費や運転費の節減をもたらすという長所がある。

一方、中空糸膜モジュールによる水処理の進行と共に、汚染物質による中空糸膜の汚染現象がもたらされ、中空糸膜の透過性能が大きく低下するという問題が発生する。多様な形態の膜汚染物質は、互いに異なる方式で膜汚染を誘発するので、汚染した中空糸膜を洗浄する方法にも多様な方式が要求される。

中空糸膜洗浄の多様な方式のうち散気（ａｅｒａｔｉｏｎ）方式がある。

以下では、図１及び図２を参照して通常の散気方式が採択されたろ過装置を説明する。

図１は、通常の散気方式による単位モジュールの洗浄を示す概略図で、図２は、通常のろ過装置の上面図である。

図１に示したように、中空糸膜モジュール１０は、２個のヘッダー１１及びこれら間に位置する中空糸膜１２を含む。ろ過作業中に、各ヘッダー１１は、水面に対して垂直方向（Ｚ方向）に配列され、前記中空糸膜１２は、処理されるべき原水の水面に対して実質的に水平方向（Ｘ方向）に配列される。各中空糸膜１２の両末端は、固定部１１ｂを通じて前記各ヘッダー１１にそれぞれポッティングされている。中空糸膜１２を通過したろ過水は、ヘッダー１１の排出ポート１１ａを介してろ過水貯蔵槽（図示せず）に伝達される。

前記中空糸膜モジュール１０の下側には散気管２０が位置する。散気管２０の各散気ホールＨから噴出される各気泡が上昇しながら中空糸膜１２が洗浄される。

一方、長時間のろ過作業の進行によって中空糸膜１２の収縮が発生し、このような中空糸膜１２の収縮は、ヘッダー１１と連結される中空糸膜１２の末端部の損傷または中空糸膜１２とヘッダー１１との分離をもたらす。このような問題を解決するために、２個のヘッダー１１に中空糸膜１２の両末端をポッティングするとき、中空糸膜１２の弛み（ｓｌａｃｋ）を発生させることが一般的である。

しかし、このような中空糸膜１２の弛みにより、散気洗浄中に上昇する各気泡及び水の流れによって中空糸膜１２が上側（水面に向かう方向：Ｚ方向）に向かって凸状を有するようになる。

散気管２０の散気ホールＨから噴出される各気泡は、上側に向かって凸状の各中空糸膜１２にぶつかりながら、徐々に中空糸膜１２の中央部に向かって上昇するようになる。結果的に、上側にある中空糸膜１２であるほど、すなわち、水面と近い中空糸膜１２であるほど、その両末端部に供給される気泡の量が少なくなる。

したがって、図２に示しているように、気泡高密度領域ＨＡに対応する中空糸膜１２の中央部はろ過作業中に十分に洗浄される一方、気泡低密度領域ＬＡに位置した中空糸膜１２の両末端部は十分に洗浄されず、ろ過装置の全体のろ過効率を低下させる。

したがって、本発明は、前記のような関連技術の制限及び短所に起因した各問題を防止できる散気部及びそれを含むろ過装置に関する。

本発明の一観点は、ろ過装置内に存在する全ての中空糸膜を十分に且つ均一に洗浄することによって、ろ過効率を向上させ得る散気部を提供することにある。

本発明の他の観点は、ろ過装置内に存在する全ての中空糸膜が十分に且つ均一に洗浄されることによって、向上したろ過効率を具現できるろ過装置を提供することにある。

上述した本発明の観点の他にも、本発明の他の特徴及び利点は、以下で説明されたり、そのような説明から本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解され得るだろう。

前記のような本発明の一観点によって、互いに平行に配列された複数の散気管―前記散気管のそれぞれは、第１の末端及びその反対側の第２の末端を含む。前記各散気管に空気を提供するために前記第１の末端を介して前記各散気管と連通する第１の共通配管を含み、前記第１の共通配管は前記各散気管に対して垂直に配置され、前記第１の共通配管の中央から両末端に行くほど前記各散気管が稠密に配列されたことを特徴とする散気部が提供される。

本発明の他の観点によって、ろ過作業中に、処理されるべき原水の水面に対して水平に配列される各中空糸膜を含む中空糸膜モジュール、及び前記中空糸膜モジュールの下部に位置する散気部を含み、前記散気部は、互いに平行に配列された複数の散気管を含み、前記散気管のそれぞれは、第１の末端及びその反対側の第２の末端を含む。前記各散気管に空気を提供するために前記第１の末端を介して前記各散気管と連通する第１の共通配管を含み、前記第１の共通配管は前記各散気管に対して垂直に配置され、前記各散気管は、その長さ方向が前記各中空糸膜の長さ方向に対して垂直になるように配列され、前記第１の共通配管の中央から両末端に行くほど前記各散気管が稠密に配列されたことを特徴とするろ過装置が提供される。

前記のような本発明に対する一般的敍述は、本発明を例示または説明するためのものに過ぎなく、本発明の権利範囲を制限しない。

本発明によると、ろ過装置内に存在する全ての中空糸膜が十分に且つ均一に洗浄されることによって、ろ過装置のろ過効率が向上するだけでなく、このようなろ過装置を比較的低廉な費用で提供することができる。

通常の散気方式による単位モジュールの洗浄を示す概略図である。通常のろ過装置の上面図である。本発明のろ過装置の斜視図である。本発明の第１の実施例による散気部の平面図である。本発明の第２の実施例による散気部の平面図である。

以下で説明する本発明の各実施例は、本発明の理解を促進するための例に過ぎなく、本発明の権利範囲を制限するものではなく、本発明の技術的思想及び範囲を逸脱しない範囲内で本発明の多様な変更及び変形が可能であることは当業者にとって自明であろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲に記載した発明及びその均等物の範囲内の変更及び変形を全て含む。

以下では、添付の図面を参照して本発明に係る散気部及びそれを含むろ過装置の各実施例を詳細に説明する。

図３は、本発明のろ過装置の斜視図である。

図３に例示したように、本発明のろ過装置は、多数の中空糸膜モジュール１００及び散気部２００を含む。前記多数の中空糸膜モジュール１００は、ろ過作業中に水面に対して実質的に平行な方向（Ｙ方向）に一列に配置される。前記散気部２００は、前記多数の中空糸膜モジュール１００の下側に位置する。本発明の各中空糸膜モジュール１００及び散気部２００は、フレーム構造（図示せず）に結合されて一つの単位ろ過装置を形成することができる。

各中空糸膜モジュール１００は、２個のヘッダー１１０及び多数の中空糸膜１２０を含む。前記多数の中空糸膜１２０の両末端は、ポリウレタンで形成された固定部１１２を通じて前記２個のヘッダー１１０の互いに対向する各面にポッティングされている。

各ヘッダー１１０の長さ方向が水面に対して実質的に垂直な方向（Ｚ方向）になり、中空糸膜１２０の長さ方向が水面に対して実質的に水平な方向（Ｘ方向）になるように、前記ろ過装置は、ろ過されるべき原水内に浸漬される。

ろ過作業中に発生する中空糸膜１２０の収縮によって中空糸膜１２０の末端部が損傷したり、中空糸膜１２０がヘッダー１１０から分離することを防止するために、２個のヘッダー１１０に中空糸膜１２０の両末端をポッティングするとき、中空糸膜１２０の弛みを発生させる。図３は、散気部２００から噴出される各気泡の影響により、各中空糸膜１２０が上側に向かって凸状を有する状態を例示する。

前記各ヘッダー１１０の内部には、各中空糸膜１２０を透過したろ過水を受けるための集水空間（図示せず）が存在する。前記各中空糸膜１２０の各中空部と前記ヘッダー１１０の集水空間とは流体連通する。中空糸膜１２０の内部にかかる陰圧によって各中空糸膜１２０を透過したろ過水は、各ヘッダー１１０の集水空間に集まった後、前記各ヘッダー１１０の排出ポート１１１を介してろ過水貯蔵槽（図示せず）に伝達される。

前記散気部２００から噴出される気泡により、各中空糸膜モジュール１００の各中空糸膜１２０が洗浄される。

以下では、図４及び図５を参照して本発明の散気部２００の各実施例を具体的に説明する。

図４は、本発明の第１の実施例による散気部の平面図である。

図４に例示したように、本発明の第１の実施例による散気部２００は、１個の共通配管２１０及び多数の散気管２２０を含む。

前記共通配管２１０は、一つの一体型配管であり得る。選択的に、多数の単位配管が各クロスコネクターを通じて締結されることによって一つの共通配管２１０を形成することもできる。

多数の散気管２２０が前記共通配管２１０を基準に左右対称になるように、各散気管２２０の一つの末端が前記共通配管２１０に連結される。多数の単位配管が各クロスコネクターを通じて締結されることによって一つの共通配管２１０が形成された場合は、前記各クロスコネクターのそれぞれに２個の散気管２２０がそれぞれ締結される。

前記散気部２００上に多数の中空糸膜モジュール（点線で表示される）１００が位置するようになる。このとき、前記各中空糸膜１２０の長さ方向と前記各散気管２２０の長さ方向は実質的に平行である。各中空糸膜１２０を各散気管２２０の直上方（ｄｉｒｅｃｔｌｙａｂｏｖｅ）に位置させることによって、中空糸膜１２０洗浄効果を極大化することができる。

各散気管２２０は、その長さ方向に沿って形成された多数の散気ホールＨを有する。選択的に、図４に例示したように、散気管２２０の長さ方向に対して実質的に垂直な方向（Ｙ方向）に配列された一対の散気ホールＨを形成し、多対の散気ホールＨを散気管２２０の長さ方向（Ｘ方向）に沿って形成することができる。

エア供給部（図示せず）から提供される空気は、共通配管２１０を経て各散気管２２０の各散気ホールＨを介して排出されながら各気泡を生成し、これら気泡は、各中空糸膜１２０と直接ぶつかったり、各中空糸膜モジュール１００を振動させることによって、中空糸膜１２０を洗浄すると同時に、その汚染を防止する。

一方、上述したように、散気洗浄中に上昇する各気泡及びそれによってもたらされる水の流れにより、中空糸膜１２０は上側（Ｚ方向）に向かって凸状を有するようになる。散気管２２０の各散気ホールＨから噴出される各気泡は、上側に向かって凸状の各中空糸膜１２０にぶつかりながら、徐々に中空糸膜１２０の中央部に向かって上昇するようになる。結果的に、上側にある中空糸膜１２０であるほど、すなわち、水面と近い中空糸膜１２０であるほど、その両末端部に供給される気泡の量が少なくなる。

前記のような問題を解決するために、本発明の第１の実施例による各散気管２２０は、中空糸膜１２０の中央部に対応する部分に比べて、中空糸膜１２０の両末端部に対応する部分により多くの散気ホールＨを有する。すなわち、共通配管２１０に連結されている散気管２２０の一末端からその反対側の他の末端に行くほど各散気ホールＨが稠密に形成され、共通配管２１０に連結されている末端から所定範囲内の散気管２２０領域には散気ホールが存在しない。

したがって、本発明の第１の実施例によると、中空糸膜１２０の両末端部に気泡が供給される確率が高くなり、その結果、中空糸膜１２０全体に気泡を均一に供給することができる。

しかし、本発明の第１の実施例による散気部２００には、いくつかの問題があり得る。

第一に、各散気管２２０の一つの末端のみが前記共通配管２１０に連結されている構造により、散気洗浄中に各散気管２２０が水平状態を維持しにくい。各散気管２２０の水平状態が少しでも壊れると、気泡を中空糸膜１２０に均一に供給することができない。

第二に、共通配管２１０に連結されている末端から所定範囲内の散気管２２０領域には散気ホールが存在しないので、該当の領域は、空気移動通路としての機能をするだけで、散気洗浄の機能を直接行えない。散気管２２０に散気洗浄の機能を直接行えない部分が存在することは、その分だけの経済的損失または浪費を意味する。

以下では、前記第１の実施例に表れ得る前記のような各問題を克服できる本発明の第２の実施例を具体的に説明する。

図５は、本発明の第２の実施例による散気部の平面図である。

図５に例示したように、本発明の第２の実施例による散気部２００は、第１の共通配管２４０及び互いに平行に配列された複数の散気管２３０を含む。

前記第１の共通配管２４０は、前記各散気管２３０に空気を提供するためのものであって、エア供給部（図示せず）から提供される空気を受けるための流入ポート２４１を有する。

各散気管２３０は、第１の末端及びその反対側の第２の末端を含み、その長さ方向（Ｙ方向）に沿って一定間隔で形成された各散気ホールＨ１を有する。選択的に、図５に例示したように、散気管２３０の長さ方向に対して実質的に垂直な方向（Ｘ方向）に配列された一対の散気ホールＨ１を形成し、多対の散気ホールＨ１を散気管２３０の長さ方向（Ｙ方向）に沿って一定間隔で形成することができる。

このように、本発明の第２の実施例による散気管２３０は、一定間隔で形成されている各散気ホールＨ１を有するので、前記第１の実施例とは異なって、経済的損失または浪費をもたらす無意味な部分が存在せず、散気管２３０の全ての部分が均等に散気洗浄の機能を行うことができる。

前記散気部２００上には多数の中空糸膜モジュール（点線で表示される）１００が位置するようになる。前記各散気管２３０は、その長さ方向が前記各中空糸膜１２０の長さ方向に対して垂直になるように配列される。各中空糸膜１２０を散気管２３０の各散気ホールＨ１の直上方に位置させることによって、中空糸膜１２０の洗浄効果を極大化することができる。

各散気管２３０は、前記第１の末端を介して前記第１の共通配管２４０と連通しており、前記第１の共通配管２４０から散気洗浄のための空気を受ける。前記第１の共通配管２４０は、前記散気管２３０に対して垂直に配置される。

エア供給部（図示せず）から提供される空気は、第１の共通配管２４０を経て各散気管２３０の各散気ホールＨ１を介して排出されながら各気泡を生成し、これら気泡は、各中空糸膜１２０と直接ぶつかったり、各中空糸膜モジュール１００を振動させることによって、中空糸膜１２０を洗浄すると同時に、その汚染を防止する。

一方、上述したように、散気洗浄中に上昇する各気泡及び水の流れにより、中空糸膜１２０は、上側（Ｚ方向）に向かって凸状を有するようになる。散気管２３０の各散気ホールＨ１から噴出される各気泡は、上側に向かって凸状の各中空糸膜１２０にぶつかりながら、徐々に中空糸膜１２０の中央部に向かって上昇するようになる。結果的に、上側にある中空糸膜１２０であるほど、すなわち、水面と近い中空糸膜１２０であるほど、その両末端部に供給される気泡の量が少なくなる。

前記のような問題を解決するために、本発明の第２の実施例によると、前記各散気管２３０は、前記第１の共通配管２４０の中央から両末端に行くほど稠密に配列される。すなわち、中空糸膜１２０の中央部に対応する各散気管２３０の個数に比べて、中空糸膜１２０の両末端部に対応する各散気管２３０の個数がより多い。

選択的に、図５に例示したように、中空糸膜１２０の中央に対応する散気管が存在しない場合もある。すなわち、各散気管２３０のうちいずれも前記第１の共通配管２４０の中央に連結されていない。より具体的には、前記第１の共通配管２４０の真ん中から所定範囲内の第１の共通配管２４０領域には各散気管２３０が連結されていない。

したがって、本発明の第２の実施例によると、中空糸膜１２０の両末端部に気泡が供給される確率が高くなり、その結果、中空糸膜１２０全体に気泡を均一に供給することができる。中空糸膜１２０全体に対する均一な気泡供給は、中空糸膜の洗浄効率及びろ過装置のろ過効率を同時に向上させる。

図５に例示したように、本発明の第２の実施例による散気部２００は、第２の共通配管２５０をさらに含む。各散気管２３０は、第２の末端を介して前記第２の共通配管２５０と連通している。前記第１及び第２の共通配管２４０、２５０は互いに平行に配列される。

結果的に、本発明の第２の実施例による散気部２００は、散気管２３０の第１及び第２の末端が第１及び第２の共通配管２４０、２５０にそれぞれ連結された構造を有するので、散気洗浄中に各散気管２３０の水平状態を維持させることが容易であり、水平状態を維持する各散気管２３０は、気泡を各中空糸膜１２０に均一に供給することができる。

選択的に、散気洗浄中に各散気管２３０の水平状態が壊れる可能性を最小化させるために、前記散気部２００の任意の部分を各中空糸膜モジュール１００が装着されるフレーム（図示せず）に結合することもできる。

図５に例示したように、前記第１の共通配管２４０に各散気ホールＨ２を形成することができる。また、前記第２の共通配管２５０にも各散気ホールＨ３を形成することができる。第１及び第２の共通配管２４０、２５０の各散気ホールＨ２、Ｈ３から気泡が噴出されることによって、散気管２３０の長さ方向（Ｙ方向）に沿って一列に配列された多数の中空糸膜モジュール１００のうち両端に位置した各中空糸膜モジュールの中空糸膜をより円滑に洗浄することができる。

選択的に、気泡の均一な供給のために、前記第１の共通配管２４０の真ん中から所定範囲内の第１の共通配管２４０領域には散気ホールが存在しない場合もある。同様の理由により、前記第２の共通配管２５０の真ん中から所定範囲内の第２の共通配管２５０領域に散気ホールが存在しない場合もある。

１００中空糸膜モジュール
１１０ヘッダー
１１１排出ポート
１１２固定部
１２０中空糸膜
２００散気部

Claims

ろ過作業中に、処理されるべき原水の水面に対して水平に配列される各中空糸膜を含む中空糸膜モジュールと、
前記中空糸膜モジュールの下部に位置する散気部と、を含み、
前記散気部は、
散気管のそれぞれが、第１の末端及びその反対側の第２の末端を含み、互いに平行に配列された複数の散気管と、
前記各散気管に空気を提供するために前記第１の末端を介して前記各散気管と連通する第１の共通配管と、を含み、
前記第１の共通配管は、前記各散気管に対して垂直に配置され、
前記各散気管は、その長さ方向が前記各中空糸膜の長さ方向に対して垂直になるように配列され、
前記第１の共通配管の中央から両末端に行くほど前記各散気管が稠密に配列されたことを特徴とするろ過装置。
前記各散気管のうちいずれも前記第１の共通配管の中央に連結されていないことを特徴とする、請求項１に記載のろ過装置。
前記散気部は、前記第２の末端を介して前記各散気管と連通する第２の共通配管をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のろ過装置。
前記第１及び第２の共通配管は互いに平行に配列されたことを特徴とする、請求項３に記載のろ過装置。
前記第１及び第２の共通配管に各散気ホールが形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のろ過装置。