KR100346018B1 - 내마모성 구 삽입식 와류를 이용한 판틀형 분리막 모듈시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단위 분리막 모듈내에 내마모성 구를 삽입한 내마모성 구 삽입식 와류를 이용한 판틀형 분리막 모듈에 관한 것으로서, 상기 분리막 모듈은 판틀형 분리막을 이용한 공정에서 일반적으로 발생하는 농도 분극, 용질층(Cake or Gel Layer) 및 막오염 등의 투과 저항층을 현저히 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 분리막 모듈을 사용하면 분리막의 세척 주기 및 새로운 분리막으로의 교환 주기를 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 투과액의 질을 감소시키지 않으면서 투과량을 극대화할 수 있다.
Description
본 발명은 신규한 내마모성 구 삽입식 판틀형 분리막 모듈에 관한 것으로서, 역삼투, 한외여과 또는 정밀여과 등 여과 형태에 관계없이 판틀형 분리막에 있어서 막을 이용하여 용액 중에 존재하는 염, 이온 등 용질을 배제하거나, 효모, 단백질, 고분자 물질 등 여러 가지 거대 분자 또는 콜로이드성 물질을 제거하거나, 또는 분자량별, 크기별로 분획하고자 할 때 분리막 표면 근처에 형성되는 농도 분극 및 분리막 표면에 퇴적되는 용질층(Cake or Gel Layer) 및 분리막 내부에 형성되는 막오염(Membrane Fouling) 등의 투과를 방해하는 투과 저항층이 형성되는 공정에서, 이들 투과 저항층을 저감시켜 투과액의 감소량을 최소화하고 분리막의 수명을 최대화할 수 있는 새로운 형태의 내마모성 구 삽입식 와류를 이용한 판틀형 분리막 모듈에 관한 것이다.
막을 이용한 분리, 정제 및 분획은 산업 전반에 걸쳐 오늘날 광범위하게 이루어지고 있다. 막은 용액 또는 혼합물을 적은 에너지로 효과적으로 분리할 수 있으며, 분리 후 제3의 폐기물을 발생시키지 않고 간단한 조작에 의해 쉽게 원하는 목적을 달성할 수 있는 잇점을 지닌다. 이러한 분리막은 그 형태에 따라 중공사형막 (Hollow Fiber Membrane), 관형막(Tubular Membrane), 나권형막(Spiral Wound Membrane) 및 판틀형막(Plate-and-Frame Type Membrane)으로 분류할 수 있다. 일반적으로, 판틀형막은 중공사형막 및 나권형막 등과 비교할 때 모듈화에 어려움이 있고 충전 밀도가 비교적 낮아 그 응용성이 제한된다. 이러한 판틀형막의 단점을 보완한 여러 형태의 분리막 모듈이 개발되어 있는데, 도르-올리브(Dorr-Oliver)사, 디디에스(DDS), 지케이에스에스(GKSS)사, 롱-프랑(Rhobne-Poulenc)사 등의 회사에서는 좁은 공급 유로를 갖도록 설계하여 충전 밀도를 높이고, 또한 공급 유로를 다양화시켜 농도 분극 또는 막오염을 감소시킬 수 있도록 하였다. 그러나, 이러한 판틀형 분리막 모듈은 좁은 공급 유로로 인하여 여러 산업 분야에서 요구되는 고농도 용액의 분리 또는 분획에 쉽게 응용되지 못하며, 농도 분극 또는 막오염의 감소가 공급액의 흐름과 유로의 변형에 의존되기 때문에 이의 대처 능력도 제한적이다. (미국 특허 제4,613,436호, 동 제4,715,955호, 동 제4,990,230호, 동 제5,082,549호 및 동 제5,624,555호 참조)
이러한 농도 분극이나 막오염을 제한하기 위한 방법으로는 공급액 흐름에 미세한 불용성 기체를 투입하는 방법을 들 수 있다. 한국 특허 제96-14033호에는 유화된 폐유의 농축 방법에 있어서 공급 탱크와 펌프 사이에 에어벤트를 설치하여 에어를 주입시킴으로써 농도 분극 및 막오염을 상당히 제한할 수 있는 것으로 기재되어 있다. 에어를 주입시킴으로써 분리막 내부에서 구형을 이루고 불규칙적 요동에 의하여 분리막 표면에 형성되는 농도 분극층을 제한하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법은 에어에 의한 펌프 공동화 현상(Cavitation)으로 펌프의 손상이 우려되고 분리막 내에서 핀치 효과(Pinch Effect)에 의하여 쉽게 기포가 분리막의 중앙으로 모이게 되므로 농도 분극을 제한하는 데에는 한계를 갖는다. 이와 유사한 형태의 분리막 장치는 예를 들어, 문헌 [R. Ghosh, Q. Li, and Z. Cui, Fractionation of BSA and Lysozyme Using Ultrafiltration: Effect of Gas Sparging, AICHE J., Vol. 44, No. 1, pp. 61-67(1998), 및 Z. F. Cui, K. I. T. Wright, Flux enhancements with sparging in downwards crossflow ultrafiltration: performance and mechanism, Journal of Membrane Science, Vol. 117, No. 1-2, pp. 109-116 (1996)] 등에 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제63-209,706호에서는 원자력 플랜트의 배수 처리 설비에 사용하는 역삼투 막분리관의 내부를 세정하기 위하여 구를 삽입하고, 구를 관형막으로 공급하기 위한 공급 장치를 추가로 구비하고 있다. 그러나, 이러한 구의 공급 장치는 관형막에 제한적이고 비교적 복잡한 형태를 나타내는 단점이 있다.
따라서, 본 발명자들은 이와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과 본 발명에 이르렀다.
본 발명은 분리막이 본질적으로 지니는 문제인 분리막 표면 또는 분리막 내부에 형성되는 용질층 및 농도 분극층을 보다 효과적으로 제거하여 투과액의 높은 유량을 보유하면서 장시간 운전이 가능하며, 저농도의 용액 뿐만 아니라 고농도의 용액에서도 용이하게 사용할 수 있는 새로운 형태의 내마모성 구 삽입식 판틀형 분리막 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 막오염, 용질층의 형성 및 농도 분극 현상을 제거하여 막의 수명을 연장시키고 또한 막의 세정 시간을 최소화하여 배제율의 감소 없이 투과량을 최대화할 수 있는 새로운 형태의 분리막 모듈 및 이를 포함한 분리막 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적과 특징 및 잇점은 하기 발명의 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 도 2 및 도 3의 본 발명에 따른 분리막 모듈을 장착하여 분리막 투과 성능을 실험하기 위한 분리막 시스템의 개략도.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 각각 본 발명에 따라 제작된 내마모성 구가 삽입된 판틀형 분리막 모듈, 하부몸체, 및 공급액 유입구가 포함된 중간몸체의 개략도.
도 3은 도 2의 분리막 모듈을 적층하여 나타낸 적층 분리막 모듈의 개략도.
도 4a는 운전 시간에 따라 데드엔드형, 와류형, 내마모성 구 삽입형에 대한 투과 유속을 나타낸 그래프.
도 4b는 도 4a의 실시 방법에서 공급액에 대한 농도 배제율 및 투과도를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 공급조 110: 공급 펌프
120: 공급액관 130: 우회관
140: 분리막 모듈 150: 농축액관
160: 투과액관 170: 항온기
180: 배출관 200: 분리막
210: 부직포 220: 투과액 배출구
230abc: 공급액 유입구 240: 압력계
250: 내마모성 구 260: 차단망
270ab: 플랜지 280: 하부몸체
285: 중간몸체 290: 상부몸체
300: 농축액 배출구 310abcdefgh: 조임쇠
320: 투과액 유도 홈 V1, V4: 운전 압력 및 유량 조정 밸브
V2, V3: 공급액 조정 밸브 V5: 배수 밸브
F: 유량계 P: 압력계
본 발명의 목적은 판틀형 분리막 모듈의 내부에 내마모성 구를 삽입하여 회전하면서 유입되는 공급 유체의 회전력에 의해 구를 요동 또는 회전하게 함으로써 분리막 표면에 형성된 용질층 및 농도 분극층을 제거하여 높은 배제율 및 투과량을 유지함으로써 달성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 분리막 모듈은 효모, 단백질, 전분 또는 덱스트란 등을 함유한 용액을 내마모성 구가 삽입된 판틀형 분리막으로 이들 물질을 분리 제거하거나 또는 분획하고자 할 때, 분리막 모듈로 유입되는 공급액의 회전력에 의해 구가 요동하거나 회전함으로써 분리막 표면 근방에 형성된 물질 경계층 및 분리막 표면에 쌓인 용질층을 제거하거나 이러한 형상을 감소시키거나, 또는 이러한 투과 저항층의 형성을 방해함으로써 분리막 투과 유속의 감소를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 판틀형 분리막 모듈은, 넓은 범위의 분자량을 갖는 고분자 물질 또는 분자량이 다른 단백질들이 혼합되어 있거나, 또는 두 성분 이상의 용질이 혼합되어 있는 경우 한외여과막 또는 정밀여과막을 이용하여 이들 혼합물을 일정 범위의 분자량, 성분, 또는 분자 크기별로 분획하거나, 또는 콜로이드, 단백질 및 유성 에멀젼 등 입자성 물질을 한외여과막 또는 정밀여과막으로 제거하는 공정 등에서 분리막 표면 근방에서 농도 분극층을 형성하거나 용질층을 형성할 수 있는 공정에서 이들 투과 저항층을 제한할 수 있다.
본 발명은, 단일 분리막 모듈,
상기 모듈의 양쪽 하부에 구비된 유입구를 통해 상기 분리막 모듈 내로 공급액을 회전 유입시키기 위한 회전 공급액관,
상기 모듈 내에 삽입되어, 상기 유입구로부터 모듈 내로 회전 유입되는 공급액에 의해 모듈 내에서 요동 또는 회전함으로써 분리막 표면에 형성되는 용질층 또는 농도 분극층을 제거하기 위한 복수개의 내마모성 구,
상기 공급액의 회전에 의해 발생하는 모듈 내부의 감압 현상을 제거하기 위한 감압 제거용 공급액관, 및
상기 모듈의 중간부 또는 농축액 배출구 근방에 설치되어 상기 내마모성구의 유실을 방지하기 위한 차단망을 포함하는 와류를 이용한 판틀형 분리막 모듈 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 적층 분리막 모듈,
상기 모듈의 양쪽 하부에 구비된 유입구를 통해 상기 모듈 내로 공급액을 회전 유입시키기 위한 회전 공급액관,
상기 회전 공급액관으로부터 각 단위 모듈로 공급액을 고르게 공급하기 위한 분배기,
상기 모듈 내에 삽입되어, 상기 유입구로부터 모듈 내로 회전 유입되는 공급액에 의해 분리막 모듈 내에서 요동 또는 회전함으로써 분리막 표면에 형성되는 용질층 또는 농도 분극층을 제거하기 위한 복수개의 내마모성 구, 및
상기 분리막 모듈의 중간부 또는 농축액 배출구 근방에 설치되어 상기 내마모성구의 유실을 방지하기 위한 차단망을 포함하는 와류를 이용한 판틀형 분리막 모듈 시스템을 제공한다.
이러한 본 발명의 분리막 모듈은 첨부하는 도면을 참고로 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 분리막 모듈을 장착하여 분리막 투과 성능을 실험하기 위한 분리막 시스템을 도시한다. 보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 분리막 시스템에서 공급조(100)에 공정으로부터 유입된 분리 또는 분획 대상 물질을 저장시키고, 이 물질의 적절한 온도 유지를 위해 공급조(100)에 항온기(170)를연결시킨다. 또한, 공급 펌프(110)에 의해 공급액을 공급액관(120)을 통해 분리막 모듈(140)에 이송시키고, 분리막 모듈(140)로 유입되기 전에 유량계(F)를 설치하여 공급액의 유량을 측정한다. 여기서, 분리막 모듈(140)로 유입되는 공급액의 압력 및 유량을 조절하기 위하여 농축액관(150) 및 우회관(130)에 각각 압력 및 유량 조정 밸브(V1, V4)를 설치하여 운전 모드를 임의로 설정할 수 있도록 한다. 분리막(200)을 투과한 투과액은 투과액관(160)을 통해 배출되고, 농축액은 농축액관(150) 또는 우회관(130)을 통해 공급조로 순환되어 농축된 후 배출관(180)에서 배출된다.
본 발명에서는 분리막 모듈로서 단일 단위를 갖는 단일 분리막 모듈 또는 이들 단일 분리막 모듈이 적층된 적층 분리막 모듈의 두 가지 유형의 모듈을 사용할 수 있으며, 그 형태에 따라 공급액의 공급 경로가 약간 변화하게 된다.
먼저, 단일 분리막 모듈(도 2a, 2b, 2c)의 경우, 분리막 모듈 시스템 (도 1 참조)에서 공급액이 공급액관(120)을 통해 분리막 모듈(140)로 유입될 때, 구(250)를 요동 또는 회전시키기 위한 회전 공급액관(121), 및 공급액의 회전에 의해 발생하는 분리막 모듈 중심부의 감압 현상을 제거하기 위한 감압 제거용 공급액관(122)으로 분지되고, 회전 공급액관(121)은 다시 회전력을 증가시키기 위하여 두 개의 공급액관(123 및 124)으로 분지된다. 회전 공급액관(121) 및 감압 제거용 공급액관(122)내의 공급액의 유량은 각각의 관에 부착된 유량 제어 밸브(V2, V3)에 의해 조절되고, 분리막 모듈에 장착된 압력계(P)를 통하여 운전 압력을 나타낼 수 있다.
다음으로, 적층 분리막 모듈(도 3)의 경우, 감압 제거용 공급액관(122)이 생략된 반면, 회전 공급액관(121)에서 분지된 두 개의 공급액관(123 및 124)에 각 단위 모듈로 공급액을 고르게 공급할 수 있도록 분배기를 설치한다. 모듈의 높이를 최소화하고 농축액 배출구(300)를 측면에 설치하여 단위 모듈의 적층을 용이하게 한다. 적층된 단위 모듈의 수는 분리막 면적 또는 공급 펌프의 공급액 이송 용량 등에 의해 결정된다. 따라서, 본 발명에 따른 적층 분리막 모듈을 사용함으로써 분리막의 용량을 증대시킬 수 있다.
다음으로, 도 2a는 분리막이 장착된 단일 분리막 모듈을 나타내며, 도 2b는 분리막 모듈의 하부 몸체를 나타내고, 도 2c는 공급액의 유입 경로가 포함된 중간 몸체를 나타낸다. 분리막(200)은 그 상하로 부직포(210)에 의해 보호되어 있는데, 상부 부직포는 구(250)의 요동으로부터, 하부 부직포는 운전 압력으로부터 각각 막을 보호한다. 분리막 모듈의 중간 또는 농축액 배출구(300) 근방에 차단망(260)을 설치하여 모듈 내에 존재하는 구의 유실을 방지한다. 모듈은 압력 또는 공급액의 유실을 방지하기 위하여 볼트/너트(310abcd, 310efgh)로 단단하게 조여져 있다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, 하부 몸체에는 투과액이 원활하게 흐를 수 있도록 유도홈(320)이 설치된다. 도 2c에서 나타낸 바와 같이, 공급액은 두 개의 유입구(230a 및 230b)로 유입되는데 유입구의 종단에 노즐을 설치하여 공급액이 분사되도록 한다. 또한, 본 발명의 분리막 모듈은 공급액이 하부에서 비스듬히 분사되어 회전 유입되므로써 발생하는 분리막 모듈 중심부의 감압 현상을 제거하기 위해 감압 제거용 공급액관(122)을 통하여 분리막 모듈의 상부몸체로부터 제3 공급액이 유입되는 유입구(230c)를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 분리막 모듈에 삽입되는 내마모성 구의 형태는 제한되지 않지만, 완전한 구형 또는 타원형이 바람직하며, 내마모성 구는 유리, 실리카 또는 각종 플라스틱으로 제조될 수 있다. 이 경우, 내마모성 구의 직경은 0.5 내지 5 mm, 바람직하게는 4 mm이며, 비중은 공급액 비중의 90 내지 300 %, 바람직하게는 150 %이다. 또한, 본 발명에 사용되는 내마모성 구의 유효 부피 분율은 0.01 내지 0.5, 바람직하게는 0.12이며, 여기서 유효 부피 분율이란 차단망 아래에 구가 존재할 수 있는 공간의 부피중에서 구 전체가 차지하는 부피 분율을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따르면 내마모성 구가 모듈 내에 삽입되어 공급 유로의 수력학적 특성에 의해 분리막 모듈로 유입되는 흐름이 와류를 형성하고 이와 같은 와류에 의해 분리막 모듈 내에 존재하는 구의 요동 또는 회전에 의해 분리막 표면에 형성되는 농도 분극층 또는 케이크 층이 제거되어 투과액의 질적 저하 없이 투과 유속을 지속적으로 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 새로운 형태의 내마모성 구 삽입식 와류를 이용한 판틀형 분리막 모듈은 분리막으로 공급되는 공급액의 회전력에 의해 분리막 모듈 내에 존재하는 구를 요동시키거나 회전시킴으로서 구의 유실을 차단하는 차단망이 모듈 내에 설치된 것을 제외한 기타 부가적인 장치가 요구되지 않고 기존의 공정을 대체할 수 있으므로 매우 경제적인 잇점을 지니는 모듈이다.
이하, 본 발명의 잇점은 실시예를 통해 보다 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에만 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 2의 단일 분리막 모듈을 도 1의 분리막 시스템에 장착한 후 중량 평균 분자량이 260,000인 덱스트란 2,000 ppm 수용액으로부터 덱스트란의 투과 유속 및 배제율을 측정하였다. 사용한 판틀형막으로서 분획 분자량이 약 300,000인 폴리설폰 한외여과막을 사용하였다. 도 2의 분리막 모듈은 평균 지름이 4 mm, 평균 무게가 0.08 g, 비중이 2.39 (공급액 비중의 239 %)인 유리구 500개를 삽입하였으며, 유리구의 유효 부피 분율은 0.119이었다. 실험은 실온에서 운전 압력 1.6 기압 및 공급액의 공급 유량 약 4 ℓ/분으로 수행하였다.
본 실시예에서는 유리구에 의한 투과 유속 및 배제율 향상을 비교하기 위하여 동일한 분리막 모듈에서 먼저 흐름이 존재하지 않는 데드엔드형, 유리구가 존재하지 않고 와류만 존재하는 와류형, 및 유리구를 삽입하고 와류가 존재하는 유리구 삽입형으로 나누어서 각각의 경우에 대해 1시간 동안 수행하였다.
이들 결과를 비교하여 도 4a에 운전 시간에 따른 투과 유속 변화를 나타냈으며, 도 4b에 투과액의 농도 배제율(Rejection) 및 투과도(Permeability)를 각각 나타내었다. 이때, 투과액의 농도는 탁도계를 이용하여 각각의 농도에 대하여 탁도를 측정한 후 이 측정값으로부터 탁도계 검량선을 구하고 실험 용액의 탁도를 측정, 탁도계 검량선에 의해 얻어진 값이다, 또한, 농도 배제율은 (1-투과액의 농도/공급액의 농도)×100이고, 투과도는 투과 유속/운전 압력으로 나타낸 값으로 구하였다.
본 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 유리구를 삽입할 경우 유리구가 삽입되지 않은 경우보다 약 2배, 데드엔드형보다는 약 3배 정도 높은 투과 유속을 가지며 농도 배제율은 데드엔드형에 비해 큰 감소가 발생하지 않았다.
<실시예 2>
도 2의 분리막 모듈에 삽입된 구의 갯수를 각각 250, 500, 750, 1500개로 달리하여 도 1의 분리막 시스템에 장착한 후 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 하기 표 1에 투과 유속을 단위 시간당 단위 넓이당 투과되는 투과액의 부피 (투과 유속, ℓ/hr-m2)를 나타냈으며, 농도 배제율은 하기 표 2에 나타냈다. 이 때 유리구의 유효 부피 분율은 각각 0.059, 0.119, 0.178 및 0.356이다. 구의 유효 부피 분율이 0.119가 될 때까지 투과 유속은 증가하였지만, 농도 배제율은 부피 분율이 0.059일 때 가장 큰 값을 가졌다. 또한, 유리구를 삽입하지 않은 경우(구의 부피 분율이 0인 경우) 실험 60분 후가 실험 5분 후에 비해서 약 40%의 투과 유속 감소율을 보였으나, 유리구를 삽입한 경우 대부분의 운전 시간에 대해 20% 미만의 투과 유속 감소율을 보여 장시간 운전이 가능함을 보였다.
| 구의 부피 분율 | 운전 시간 (분) | ||||
| 5 | 10 | 20 | 40 | 60 | |
| 0 | 46.78 | 40.54 | 34.30 | 28.07 | 28.07 |
| 0.059 | 53.01 | 49.90 | 46.78 | 49.90 | 43.66 |
| 0.119 | 71.73 | 65.49 | 59.25 | 58.13 | 59.25 |
| 0.178 | 65.49 | 56.13 | 53.01 | 49.90 | 53.01 |
| 0.356 | 68.61 | 59.25 | 58.13 | 53.01 | 56.13 |
| 구의 부피 분율 | 0 | 0.059 | 0.119 | 0.178 | 0.356 |
| 농도 배제율 | 30.19 | 43.22 | 36.11 | 28.42 | 29.54 |
<실시예 3>
도 2의 분리막 모듈에 500개의 유리구를 삽입하고 공급액의 유량을 각각 0, 2, 4, 5, 6 ℓ/분으로 달리하여 도 1의 분리막 시스템에 장착한 후 실시예 1의 방법으로 실시하였다. 공급 유량 및 운전 시간에 따른 투과 유속 (ℓ/hr-㎡) 변화를 하기 표 3에 나타냈고, 공급 유량에 따른 농도 배제율을 하기 표 4에 나타내었다. 본 실시예에서는 유량이 증가할수록 본 분리막 모듈의 성능이 증가됨을 알 수 있었다. 따라서, 소모되는 동력비 측면을 고려하지 않는다면 높은 공급 유량에서 운전하는 것이 바람직하였다.
| 공급 유량(ℓ/분) | 운전 시간 (분) | ||||
| 5 | 10 | 20 | 40 | 60 | |
| 0 | 31.19 | 28.07 | 18.71 | 15.59 | 14.03 |
| 2 | 65.49 | 53.01 | 43.66 | 34.30 | 28.07 |
| 4 | 71.73 | 65.49 | 59.25 | 58.13 | 59.25 |
| 5 | 74.84 | 68.61 | 65.49 | 68.61 | 68.61 |
| 6 | 84.20 | 77.96 | 74.84 | 71.73 | 68.61 |
| 공급 유량 | 0 | 2 | 4 | 5 | 6 |
| 농도 배제율 | 30.12 | 41.06 | 43.22 | 40.26 | 40.26 |
<실시예 4>
도 1의 분리막 시스템에 분리막 모듈로서 도 3의 적층 분리막 모듈을 장착하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다. 본 실시예에서는 분리막 모듈로서 5개의 단위 모듈을 적층한 분리막 모듈로서 사용하고, 이때 각 단위 모듈에 삽입된 유리구의 유효 부피 분율은 0.119이고, 각 단위 모듈에 유입되는 공급액의 공급 유량은 3.5 내지 4.5 ℓ/분이었다. 그 결과, 실시예 1의 유리구 삽입형 모듈과 매우 유사한 결과가 얻어졌으며, 5개의 단위 분리막 모듈에 대해 측정한 적층 분리막 모듈의 적산 투과 유량은 단위 분리막 모듈의 약 5배로 나타났다. 따라서 처리 용량 및 공급 펌프의 용량에 따라 본 발명의 분리막 모듈의 규모확대가 가능한 것으로 판명되었다.
<비교예 1 내지 3>
실시예 1 내지 3에서 각각 내마모성 구 삽입 판틀형 분리막 모듈의 성능을 비교하기 위하여 흐름이 존재하지 않는 데드앤드형 분리막 모듈 및 구가 삽입되지 않고 와류만 존재하는 와류형 분리막 모듈을 사용하여 투과 특성에 대한 실험을 실시하였으며, 실시 결과는 이상의 실시예 1 내지 3에서 비교 자료로 나타내었다.
본 발명에 따른 판틀형 분리막은 모듈 내에 농도 분극, 용질층(Cake or Gel Layer) 또는 막오염 등의 투과 저항층에 의해 일어나는 투과 유속의 감소 또는 농도 배제율의 감소를 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명의 판틀형 분리막 모듈을 이용하여 특히 식품이나 생물 산업 등에서 고농도의 물질을 효과적으로 분리 또는 분획할 수 있으므로, 역삼투, 한외여과 또는 정밀여과 등의 분리막의 형태에 구애없이 보다 폭넓게 분리막을 사용할 수 있다.
Claims (6)
- 단일 분리막 모듈,상기 모듈의 양쪽 하부에 구비된 유입구를 통해 상기 분리막 모듈 내로 공급액을 회전 유입시키기 위한 회전 공급액관,상기 모듈 내에 삽입되어, 상기 유입구로부터 모듈 내로 회전 유입되는 공급액에 의해 모듈 내에서 요동 또는 회전함으로써 분리막 표면에 형성되는 용질층 또는 농도 분극층을 제거하기 위한 복수개의 내마모성 구,상기 공급액의 회전에 의해 발생하는 모듈 내부의 감압 현상을 제거하기 위한 감압 제거용 공급액관, 및상기 모듈의 중간부 또는 농축액 배출구 근방에 설치되어 상기 내마모성구의 유실을 방지하기 위한 차단망을 포함하는 와류를 이용한 판틀형 분리막 모듈 시스템.
- 적층 분리막 모듈,상기 모듈의 양쪽 하부에 구비된 유입구를 통해 상기 모듈 내로 공급액을 회전 유입시키기 위한 회전 공급액관,상기 회전 공급액관으로부터 각 단위 모듈로 공급액을 고르게 공급하기 위한 분배기,상기 모듈 내에 삽입되어, 상기 유입구로부터 모듈 내로 회전 유입되는 공급액에 의해 분리막 모듈 내에서 요동 또는 회전함으로써 분리막 표면에 형성되는 용질층 또는 농도 분극층을 제거하기 위한 복수개의 내마모성 구, 및상기 분리막 모듈의 중간부 또는 농축액 배출구 근방에 설치되어 상기 내마모성구의 유실을 방지하기 위한 차단망을 포함하는 와류를 이용한 판틀형 분리막 모듈 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내마모성 구가 유리, 실리카 및 플라스틱으로 이루어진 군 중에서 선택된 재료로 제조된 것인 분리막 모듈 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 내마모성 구가 완전한 구형 또는 타원형이며, 직경이 0.5 내지 5 ㎜이고, 비중이 공급액 비중의 90 내지 300 %인 분리막 모듈 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 내마모성 구의 유효 부피 분율이 0.01 내지 0.5인 분리막 모듈 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 분리막 모듈 내부의 감압 현상을 제거하기 위하여 상기 모듈의 상부로부터 추가의 공급액을 유입시키기 위한 유입구를 더 포함하는 분리막 모듈 시스템.
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