KR100407686B1 - Pleated Filtration Membrane Module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공급액의 성상에 구애되지 않고 방사형 분리막 모듈을 이용하여 투과율의 저하 없이 분리 및 투과 기능을 수행하는 시스템에 있어서: 통형 구조의 하우징(10); 상기 하우징(10)의 양단에 각각 기밀을 유지한 상태로 장착되고, 유입수관(12)·투과수관(13)·농축수관(14)을 구비하는 커버(11); 상기 유입수관(12)으로 유입된 공급액의 일부를 상기 투과수관(13)으로 배출하도록 상기 하우징(10)의 내부에 장착되고, 외주면 상에 무수하게 통공되는 미세공(20a)을 구비하는 투과관(20); 및 상기 투과관(20)의 외주면 상에 방사형으로 고정되고, 상기 투과수관(13)으로 배출되는 유체를 여과하는 분리막(30)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a system for performing separation and permeation functions without deterioration of permeability using a radial membrane module without regard to the properties of the feed solution: a housing 10 having a tubular structure; A cover 11 mounted at both ends of the housing 10 in a hermetic state and provided with an inflow water pipe 12, a permeation water pipe 13, and a concentrated water pipe 14; A permeation tube mounted inside the housing 10 to discharge a part of the feed liquid introduced into the inflow water pipe 12 to the permeate water pipe 13 and having a micropores 20a through which the outer periphery is innumerably perforated. 20; And a separation membrane 30 fixed radially on the outer circumferential surface of the permeation tube 20 and filtering the fluid discharged to the permeation tube 13.
따라서, 판틀형 형태의 분리막을 사용할 경우 기존의 판틀형 분리막에서 해결하지 못한 농도 분극 및 용질층에 의한 투과유속의 감소와 투과수질의 감소를 해결하여 분리막의 세척 주기 및 사용 수명을 연장할 수 있으며 보다 폭넓은 용도에 적용하는 것이 가능하다.Therefore, in case of using a plate-type membrane, the separation cycle and the service life of the membrane can be extended by reducing the concentration of polarization and the permeation flux due to the solute layer, which are not solved by the conventional plate-type membrane. It is possible to apply to a wider use.
Description
본 발명은 방사형 정밀여과 또는 한외여과 분리막 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 판틀형 분리막을 이용하여 용질을 배제하거나, 여러 가지 거대 분자나 콜로이드성 물질을 제거하거나 또는 분자량별, 크기별로 분획(Fractionation)하고자 할 때 분리막 표면 근처에 형성되는 농도분극(Concentration Polarization)과 분리막 표면에 퇴적되는 용질층(Cake Layer) 및 분리막 내부에 형성되는 막오염(Membrane Fouling)을 저감시켜 투과수의 감소량을 최소화하고 분리막의 수명을 최대화할 수 있는 방사형 여과 분리막 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a radial microfiltration or ultrafiltration membrane module, and more particularly, to exclude solutes using plate-like membranes, to remove various macromolecules or colloidal substances, or fractions by molecular weight and size. Minimize the reduction of permeate by reducing the concentration polarization formed near the membrane surface, the cake layer deposited on the membrane surface, and the membrane fouling formed inside the membrane. It relates to a radial filtration membrane module that can maximize the life of the membrane.
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 제 3의 폐기물을 발생시키지 않고 장치가 컴팩트하며 간단한 조작에 의해 쉽게 원하는 목적을 달성할 수 있는 잇점을 지닌다.Separation, purification and fractionation using membranes is widely done today throughout the industry. The membrane has the advantage that the solution or mixture can be effectively separated with little energy and the device is compact and easy to achieve the desired purpose without generating third waste after separation.
그러나 일반적으로 분리막을 이용하여 용액에 존재하는 입자성 물질이나 용질을 분리하고자 할 때 용액 내에 존재하는 배제 입자들은 확산 속도가 매우 작기 때문에 막의 중심부와 표면 사이의 농도 구배가 크더라도 쉽게 역확산이 일어나지 않아 막의 표면 근처에서 용질의 농도가 증가되는 농도 분극 현상이 발생하거나 이들 농도 분극층이 진행, 분리막 표면에서 용질 연속상으로 상전이가 발생하여 용질층이 형성되기도 하며, 작은 용질 입자는 큰 기공의 벽에 흡착되기도 하고 기공과 비슷한 크기의 입자에 의해 기공이 차폐되기도 하는 분리막 오염 현상이 발생하기도 한다.In general, however, when the separation membrane is used to separate particulate matter or solutes, the exclusion particles present in the solution have a very small diffusion rate, so that the back diffusion easily occurs even when the concentration gradient between the center and the surface of the membrane is large. As a result, concentration polarization phenomenon occurs in which the concentration of the solute increases near the surface of the membrane, or these concentration polarization layers progress, and phase transition occurs in the solute continuous phase on the surface of the separation membrane, so that the solute layer is formed. Membrane contamination may occur due to adsorption on the pores and the pores being blocked by particles of similar size to the pores.
따라서 이러한 현상들에 의해 운전 시간이 지남에 따라 분리막 투과유속은 급격하게 저하된다. 투과유속의 감소로 경제성을 상실할 경우 일반적으로 장치를 정지시킨 후 스폰지 볼 등으로 용질층을 제거하거나 화학 약품을 이용하여 세정하거나 세정 효과를 상실할 경우 새로운 막으로 교체한다.Therefore, the permeation rate of the membrane is drastically lowered as the operation time passes by these phenomena. If the economy is lost due to a decrease in the permeate flow rate, the device is usually stopped, and the solute layer is removed with a sponge ball or the like, cleaned with chemicals, or replaced with a new membrane when the cleaning effect is lost.
이러한 막의 단점을 보완하기 위한 모듈의 개발로서, 미국 특허 5628909에서는 공급액을 관형막 내부로 유입시키는 경우 나사 모양의 봉을 관형막 내부에 삽입하거나 외부로 공급액을 공급하는 경우 하우징 내부에 나사식 홈을 만들어 와류를 형성시킴으로서 투과 저항층을 감소시켜 투과유속 감소를 줄였다. 또한 한국 특허 96-14033 에 의하면 유화된 오일폐수 농축방법에 있어서 공급탱크와 펌프 사이에 에어벤트를 설치하여 에어를 주입시킴으로서 농도분극 및 막오염을 상당히 제한할 수 있다고 하였다. 이러한 에어는 분리막 내부에서 구형을 이루고 불규칙적 요동에 의하여 분리막 표면에 형성되는 농도 분극층을 제한하는 것으로 알려져 있다.As a development of a module to compensate for such a disadvantage of the membrane, U.S. Patent 5628909 discloses that when a feed liquid is introduced into the tubular membrane, a screw-shaped rod is inserted into the tubular membrane or a screw groove is provided inside the housing when the feed liquid is supplied to the outside. By forming the vortex, the permeation resistance layer was reduced to reduce the permeation flux. In addition, according to Korean Patent 96-14033, in the emulsified oil wastewater concentration method, the concentration polarization and membrane fouling can be considerably limited by installing an air vent between the supply tank and the pump. Such air is known to limit the concentration polarization layer formed on the surface of the separator by spherical and irregular fluctuations inside the separator.
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 농도분극을 제한하는데 있어 한계를 지니는 문제점이 있다.However, this method has a limitation in limiting concentration polarization because the pump may be damaged by pump cavitation caused by air and bubbles are easily collected at the center of the separator by the pinch effect in the separator. There is this.
그러므로 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 판틀형 형태의 분리막을 사용할 경우 기존의 판틀형 분리막에서 해결하지 못한 농도 분극 및 용질층에 의한 투과유속의 감소와 투과수질의 감소를 해결하여 분리막의 세척 주기 및 사용 수명을 연장할 수 있으며 보다 폭넓은 용도에 적용하는 것이 가능한 방사형 여과 분리막 모듈 기구를 제공한다.Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems, and when using a plate-type separator, the solution of concentration permeation and decrease of permeate flow rate and decrease of permeated water due to the concentration polarization and solute layer, which are not solved in the conventional plate-type separator, are solved. This provides a radial filtration membrane module mechanism that can extend the wash cycle and service life of the membrane and can be applied to a wider range of applications.
도 1은 본 발명에 따른 모듈을 분해하여 도식적으로 나타내는 사시도,1 is a perspective view schematically showing an exploded module according to the present invention;
도 2는 도 1의 요부에 대한 구성과 원리를 나타내는 구성도,2 is a block diagram showing the configuration and principle of the main part of FIG.
도 3은 도 1의 요부를 부분 확대와 함께 나타내는 구성도,3 is a configuration diagram showing the main portion of FIG. 1 together with a partial enlargement;
도 4는 본 발명에 따른 투과 성능을 실험하기 위한 시스템을 블록으로 나타내는 배관도,4 is a piping diagram showing a system for testing the permeation performance according to the present invention as a block,
도 5는 방사형 분리막 및 나권형 분리막 모듈의 순수 투과유속을 운전압력에 대해서 비교하여 나타내는 그래프.5 is a graph showing the pure permeation flux of the radial separator and spiral wound membrane module compared with the operating pressure.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 하우징 11, 21 : 커버10 housing 11, 21 cover
12 : 유입수관 13 : 투과수관12: inlet water pipe 13: permeate water pipe
14 : 농축수관 20 : 투과관14: concentrated water pipe 20: permeate pipe
22 : 지지대 23 : O-링22: support 23: O-ring
30 : 분리막 100 : 분리막 모듈30: separator 100: separator module
110 : 저장조 150 : 항온기110: reservoir 150: thermostat
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 공급액의 성상에 구애되지 않고 방사형 분리막 모듈을 이용하여 투과율의 저하 없이 분리 및 투과 기능을 수행하는 시스템에 있어서: 통형 구조의 하우징(10); 상기 하우징(10)의 양단에 각각 기밀을 유지한 상태로 장착되고, 유입수관(12)·투과수관(13)·농축수관(14)을 구비하는 커버(11); 상기 유입수관(12)으로 유입된 공급액의 일부를 상기 투과수관(13)으로 배출하도록 상기 하우징(10)의 내부에 장착되고, 외주면 상에 무수하게 통공되는 미세공(20a)을 구비하는 투과관(20); 및 상기 투과관(20)의 외주면 상에 방사형으로 고정되고, 상기 투과수관(13)으로 배출되는 유체를 여과하는 분리막(30)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve this object, the present invention provides a system for performing separation and permeation functions without deterioration of permeability using a radial membrane module without regard to the properties of the feed solution: a housing 10 having a cylindrical structure; A cover 11 mounted at both ends of the housing 10 in a hermetic state and provided with an inflow water pipe 12, a permeation water pipe 13, and a concentrated water pipe 14; A permeation tube mounted inside the housing 10 to discharge a part of the feed liquid introduced into the inflow water pipe 12 to the permeate water pipe 13 and having a micropores 20a through which the outer periphery is innumerably perforated. 20; And a separation membrane 30 fixed radially on the outer circumferential surface of the permeation tube 20 and filtering the fluid discharged to the permeation tube 13.
본 발명의 다른 특징으로서, 상기 투과관(20)은 그 상류단이 커버(21)에 의해 차폐되고 그 하류단이 투과수관(13)과 연통된다.As another feature of the present invention, the permeate tube 20 has its upstream end shielded by a cover 21 and its downstream end communicates with the permeate tube 13.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 분리막(30)은 투과관(20)에 방사상으로 고정되는 복수의 지지대(22) 상에 주름진 형태로 설치되어 양단이 접합된다.As another feature of the present invention, the separation membrane 30 is installed in a corrugated form on the plurality of supports 22 fixed radially to the permeation tube 20, and both ends are joined.
이와 같이 하여 본 발명은 방사형 막모듈을 사용하여 넓은 범위의 분자량을 갖는 고분자 물질이나, 분자량이 다른 단백질들이 혼합되어 있는 경우, 또는 두 성분 이상의 용질이 혼합되어 있는 경우 한외여과막이나 정밀여과막을 이용하여 이들 혼합물을 일정 범위의 분자량별로, 혹은 성분별로, 또는 분자 크기별로 분획하거나, 콜로이드, 단백질, 기름 에멀젼 등 입자성 물질을 한외여과막 또는 정밀여과막으로 제거하는 공정 등, 방사형 정밀여과막 또는 한외여과막을 사용함에 있어서 막 표면 근방에서 농도 분극층을 형성하거나 용질층을 형성할 수 있는 공정에서 이들 투과수 저항층을 제한하는 목적을 달성할 수 있다.As such, the present invention uses an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane using a radial membrane module when a polymer having a wide range of molecular weights, proteins having different molecular weights, or when two or more solutes are mixed. Radial microfiltration membranes or ultrafiltration membranes are used, such as fractionating these mixtures by a range of molecular weights, components, or molecular sizes, or removing particulate matter such as colloids, proteins, or oil emulsions with an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane. In the process of forming a concentration polarization layer in the vicinity of the membrane surface or forming a solute layer, it is possible to achieve the purpose of limiting these permeate resistant layers.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 모듈을 분해하여 도식적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 요부에 대한 구성과 원리를 나타내는 구성도이고, 도 3은 도 1의 요부를 부분 확대와 함께 나타내는 구성도이다.1 is a perspective view schematically showing an exploded module according to the present invention, Figure 2 is a block diagram showing the configuration and principle of the main portion of Figure 1, Figure 3 is a block diagram showing the main portion of FIG. to be.
본 발명은 공급액의 성상에 구애되지 않고 방사형 분리막 모듈을 이용하여 투과율의 저하 없이 분리 및 투과 기능을 수행하는 시스템에서, 특히 도 1에 나타내는 분리막 모듈(100)에 관련된다.The present invention relates to the membrane module 100 shown in FIG. 1 in particular in a system that performs separation and permeation functions without lowering the transmittance using a radial membrane module without regard to the properties of the feed solution.
통형 구조로 성형되는 하우징(10)의 양단에는 각각 커버(11)가 기밀을 유지한 상태로 장착된다. 상류인 좌측의 커버(11)는 유입수관(12)을 구비하고, 하류인 우측의 커버(11)는 투과수관(13)과 농축수관(14)을 구비한다. 투과수관(13)은 커버(11)의 중심에 설치하고, 유입수관(12)과 농축수관(14)은 커버(11)의 중심에서 벗어난 위치에 설치한다.Both ends of the housing 10 formed in the tubular structure are mounted in a state in which the cover 11 is kept airtight. The cover 11 on the upstream side has an inflow water pipe 12, and the cover 11 on the downstream side has a permeate water pipe 13 and a concentrated water pipe 14. The permeate pipe 13 is installed at the center of the cover 11, and the inlet water pipe 12 and the concentrated water pipe 14 are installed at a position away from the center of the cover 11.
또, 본 발명에 따르면 외주면 상에 무수하게 통공되는 미세공(20a)을 구비하는 투과관(20)이 상기 유입수관(12)으로 유입된 공급액의 일부를 상기 투과수관(13)으로 배출하도록 상기 하우징(10)의 내부에 장착된다. 투과관(20)은하우징(10)의 내부에서 그와 동일축 상에 착탈 가능하게 설치된다. 투과관(20) 상의 미세공(20a)은 직접 여과의 기능은 지니지 않으므로 유체의 유동저항을 최소화하는 적절한 크기로 성형한다.In addition, according to the present invention, the permeation pipe 20 having the micropores 20a which are innumerably perforated on the outer circumferential surface discharges a part of the feed liquid introduced into the inflow water pipe 12 to the permeate water pipe 13. It is mounted inside the housing 10. The transmission tube 20 is detachably installed on the same axis as the inside of the housing 10. The micropores 20a on the permeation tube 20 are molded to an appropriate size to minimize the flow resistance of the fluid because it does not have the function of direct filtration.
이때 상기 투과관(20)은 그 상류단이 커버(21)에 의해 차폐되고 그 하류단이 투과수관(13)과 연통된다. 하우징(10) 외부로 공급된 공급액이나 농축액이 유출되는 것을 방지하기 위하여 투과액을 집수하는 투과관(20)과 투과수관(13)의 연결부위에 도 2처럼 O-링(23)을 개재시킨다. 투과관(20)의 한쪽 끝은 커버(21)로 막아 공급액이 직접 유입되거나 집수된 투과액이 누출되지 않도록 한다. 따라서 투과관(20)에 집수된 투과액은 일방향으로만 배출된다.At this time, the upstream end of the permeable pipe 20 is shielded by the cover 21 and the downstream end thereof is in communication with the permeable water pipe 13. The O-ring 23 is interposed between the permeate tube 20 for collecting the permeate and the permeate tube 13 so as to prevent the supply of the supply liquid or the concentrate from flowing out of the housing 10. . One end of the permeation pipe 20 is blocked by the cover 21 so that the feed liquid does not directly flow into or the collected permeate leaks. Therefore, the permeate collected in the permeation pipe 20 is discharged only in one direction.
또, 본 발명에 따르면 상기 투과수관(13)으로 배출되는 유체를 여과하는 분리막(30)이 상기 투과관(20)의 외주면 상에 방사형으로 고정된다. 도 3에서, 분리막(30)은 투과관(20)에 방사상으로 고정되는 복수의 지지대(22) 상에 주름진 형태로 설치되어 양단이 접합되는 구조임을 알 수 있다. 분리막(30)은 정밀여과 또는 한외여과막을 사용한다. 분리막 모듈(100)로 공급되는 공급액과 분리막을 투과한 투과액이 혼합되지 않도록 분리막(30)의 양단은 초음파 또는 각종 접착제 등을 이용하여 차폐시킨다.In addition, according to the present invention, the separation membrane 30 for filtering the fluid discharged to the permeate tube 13 is fixed radially on the outer circumferential surface of the permeate tube 20. In FIG. 3, the separation membrane 30 may be installed in a corrugated form on a plurality of supports 22 fixed radially to the permeation tube 20, and thus, both ends thereof may be bonded to each other. Separation membrane 30 uses a microfiltration or ultrafiltration membrane. Both ends of the separator 30 are shielded using ultrasonic waves or various adhesives so that the feed liquid supplied to the separator module 100 and the permeate passed through the separator are not mixed.
지지대(22)는 스터드 용접하는 방식으로 투과관(20)에 고정하는 것이 접합 강도를 유지하는 측면에서 유리하며, 충분히 두께가 얇은 판재를 사용하여 투과관(20)의 미세공(20a)이 차단되는 것을 최소화한다. 분리막(30)이 지지대(22)에 거치될 때 도 3처럼 지지대(22)와 적절한 공간을 유지해야 유체의 유동저항을줄일 수 있으므로 필요에 따라 별도의 스페이서(도시 생략)를 삽입한다. 스페이서는 분리막(30)의 내부는 물론 외부에 설치하는 방식도 가능하다.Fixing the support 22 to the permeation tube 20 by stud welding is advantageous in terms of maintaining the bonding strength, and the micropores 20a of the permeation tube 20 are blocked by using a sheet material having a sufficiently thin thickness. Minimize When the separation membrane 30 is mounted on the support 22, a separate spacer (not shown) may be inserted as necessary since the flow resistance of the fluid may be reduced by maintaining a proper space with the support 22 as shown in FIG. 3. The spacer may be installed inside the separator as well as outside.
도 1 내지 도 3에서 S1은 공급액의 흐름, S2는 용매의 흐름, S3은 투과액의 흐름, S4는 용질의 흐름을 나타낸다. 본 발명에서 방사형으로 설치되는 분리막(30)은 적당한 정도의 굴곡을 형성하며 이러한 굴곡은 유로의 차이를 가져오고 이로 인하여 공급액의 유속 차이에 의한 용질층의 혼합이 형성되어 분리막(30) 표면에서의 농도분극이나 케이크층이 제거되어 투과유속을 높게 유지할 수 있다.1 to 3, S1 represents the flow of the feed solution, S2 represents the flow of the solvent, S3 represents the flow of the permeate, and S4 represents the flow of the solute. In the present invention, the radially installed separation membrane 30 forms a moderate degree of curvature, and the curvature brings about a difference in flow paths, and thus, a mixture of solute layers is formed due to a difference in flow rate of the feed solution. Concentration polarization or cake layer can be removed to maintain high permeation flux.
도 4는 본 발명에 따른 투과 성능을 실험하기 위한 시스템을 블록으로 나타내는 배관도이고, 도 5는 방사형 분리막 및 나권형 분리막 모듈의 순수 투과유속을 운전압력에 대해서 비교하여 나타내는 그래프이다.Figure 4 is a piping diagram showing a system for testing the permeation performance according to the present invention as a block, Figure 5 is a graph showing the pure permeation flux of the radial separator and spiral wound membrane module compared to the operating pressure.
도 4는 연속식 분리막 시스템으로서, 분리막 모듈(100)이 부호 120의 공급액관 및 부호 140의 농축액관을 개재하여 저장조(110)와 연결된다. 공급액관(12) 상에는 펌프(160)가 설치되어 저장조(110)에 수집된 공급액을 분리막 모듈(100)로 보낸다. 공급액이란 분리 또는 분획하고자 하는 용액을 말한다. 공급액의 적절한 온도 유지를 위해 저장조(110)에는 항온기(150)가 설치된다.4 is a continuous membrane system, the membrane module 100 is connected to the reservoir 110 via a supply liquid tube (120) and a concentrate tube (140). The pump 160 is installed on the feed liquid pipe 12 to send the feed liquid collected in the reservoir 110 to the membrane module 100. Feed liquid refers to a solution to be separated or fractionated. The thermostat 150 is installed in the reservoir 110 to maintain an appropriate temperature of the feed liquid.
미설명 부호 V1, V2, V3은 운전압력 및 공급유량 조정밸브, V4는 투과액 배출밸브, V5는 폐액 방출밸브, P1 및 P2는 압력계, F1은 유량계를 나타낸다. 압력 및 유량 조정 밸브(V1, V2, V3)는 각각 바이패스관(170), 공급액관(120) 및 농축액관(140)에 각각 설치되고 분리막 모듈(100)로 유입되는 공급액의 압력 및 유량을 조절하여 운전 모드를 임의로 설정할 수 있도록 한다. 투과액관(130)에 설치되는투과액 배출밸브(V4)는 막세정을 위하여 투과액의 배출을 조정한다. 폐액 배출 밸브(V5)는 농축액의 배출이 비연속적으로 이루어지도록 한다. 공급액 유입구 및 농축액 배출구에 각각 설치되는 압력 게이지(P1, P2)는 분리막 모듈(340)에서의 운전압력을 측정한다. 유량계(F1)는 공급액의 유량 측정을 위해 분리막 모듈(100)로 유입되기 전 위치에 설치된다.Reference numerals V1, V2, and V3 denote operating pressures and supply flow rate control valves, V4 denotes permeate discharge valves, V5 denotes waste liquid discharge valves, P1 and P2 denote pressure gauges, and F1 denotes flow meters. Pressure and flow control valves (V1, V2, V3) are respectively installed in the bypass pipe (170), feed liquid pipe (120) and concentrate pipe (140) and the pressure and flow rate of the feed liquid flowing into the membrane module (100) By adjusting, the operation mode can be set arbitrarily. The permeate discharge valve V4 installed in the permeate pipe 130 adjusts the discharge of the permeate for membrane cleaning. The waste liquid discharge valve V5 allows discharge of the concentrated liquid to be discontinuous. Pressure gauges P1 and P2 installed at the feed liquid inlet and the concentrate outlet respectively measure the operating pressure at the membrane module 340. The flow meter F1 is installed at a position before flowing into the membrane module 100 to measure the flow rate of the feed liquid.
이와 같은 시스템을 이용하는 경우, 공정으로부터 유입된 분리 혹은 분획 대상 물질이 저장조(110)에 저장되고, 펌프(160)에 의해 분리막 모듈(100)로 공급액이 이송된다. 분리막 모듈(100)에서 분리막(30)을 투과한 투과액은 투과액관(130)을 통해 배출되고 농축액관(140)으로 순환된 농축액은 저장조(110)에서 농축된 후 배출관(180)으로 배출된다.When using such a system, the separation or fractionation target material introduced from the process is stored in the reservoir 110, and the feed liquid is transferred to the separation membrane module 100 by the pump 160. The permeate that has passed through the separator 30 in the membrane module 100 is discharged through the permeate tube 130 and the concentrate circulated to the concentrate tube 140 is concentrated in the reservoir 110 and then discharged to the discharge tube 180. .
본 발명의 분리막 모듈(100)은 효모, 단백질, 전분 또는 각종 고분자 물질 등을 함유한 용액을 판틀형막을 이용하여 분리 제거하거나 분획하고자 할 때, 방사형으로 제작된 막 모듈의 형태에 의해 직경 방향으로의 공급 유로 확대가 형성되어 이러한 유로 확대는 공급액의 유속에 심한 차이를 발생시키며 이러한 유속의 차이로 방사형막 표면에 형성된 농도분극이나 케이크층을 벌크 용액과 혼합시켜 투과유속의 감소를 제거할 수 있다.When the membrane module 100 of the present invention is to separate or remove a solution containing yeast, protein, starch or various polymer materials by using a plate-shaped membrane in the radial direction by the shape of the membrane module produced radially The flow path enlargement of the flow path is formed so that the flow path enlargement causes a great difference in the flow rate of the feed liquid, and the difference in flow rate allows the concentration polarization or the cake layer formed on the surface of the radial membrane to be mixed with the bulk solution to eliminate the decrease in the permeate flow rate. .
또한, 방사형으로 성형되는 분리막(30)의 표면을 흐르는 유체의 교란에 의해 농도 분극이나 케이크층이 제거되면 막오염이 감소되어 막의 수명이 연장될 뿐 아니라 추가적인 에너지가 소모되지 않으므로 저에너지 장치이면서도 설치비용이 증가되지 않는 장점을 지닌다.In addition, if the concentration polarization or cake layer is removed by the disturbance of the fluid flowing through the surface of the separator 30 to be radially formed, the membrane fouling is reduced and the life of the membrane is extended and additional energy is not consumed. This has the advantage of not being increased.
이하, 실험예를 들어 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하는 바, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples, but the present invention is not limited thereto.
<실험예 1>Experimental Example 1
분획 분자량(MWCO)이 6,000 달톤인 폴리설폰(Polysulfone) 한외여과막을 이용하여 방사형 분리막 모듈을 제작한 후 도 4의 시스템을 구성하고 역삼투압막을 이용하여 제조한 순수를 사용하여 운전압력에 따른 투과유속 및 배제율을 측정하였다. 실험 전 약 6 기압에서 1시간 동안 분리막을 압밀화시킨 후 공급액 유입 유량 0.5 LPM 에서 각각의 운전 압력에 대해 1시간 동안 실험 후 비교 실험인 판틀형 분리막 모듈의 운전 결과와 비교하여 표 1에 나타내었다.The radial membrane module was fabricated using a polysulfone ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight (MWCO) of 6,000 Daltons. And the exclusion rate was measured. The membrane was compacted for 1 hour at about 6 atmospheres before the experiment, and then compared with the operation results of the plate-type membrane module, which was a comparative experiment after 1 hour for each operating pressure at 0.5 LPM of feed inflow. .
측정결과 투과 유속의 운전시간에 따른 감소는 발생하지 않았으며 운전 압력에 따라 투과 유속은 선형적으로 증가하였다. 본 방사형 분리막 모듈은 판틀형 분리막 모듈에 비해 운전압력에 따라 75 %에서 83%의 투과유속에 대한 효율을 나타내었다.As a result of the measurement, the permeation flow rate did not decrease with operation time and the permeation flow rate increased linearly with the operation pressure. The radial membrane module showed efficiency for permeate flux of 75% to 83% depending on the operating pressure compared to the plate-type membrane module.
<실험예 2>Experimental Example 2
<실험예 1>의 방사형 분리막 모듈로 도 4의 시스템을 구성한 후 분자량이 12,000인 폴리에칠렌글리콜(Polyethylenglycol) 0.0001M을 공급용액으로 제조하여 <실험예 1>의 방법으로 운전하고 방사형 분리막 모듈의 효율을 산출하여 표 2 에 나타내었다.After the system of FIG. 4 was formed with the radial membrane module of <Experimental Example 1>, 0.0001M of polyethylene glycol (Polyethylenglycol) having a molecular weight of 12,000 was prepared as a feed solution, and operated in the method of <Experimental Example 1> to improve the efficiency of the radial membrane module. The calculation is shown in Table 2.
본 <실험예 2>에서 투과유속은 운전시간이 경과함에 따라 초기에는 투과유속의 감소가 발생하였으나 약 20분 경과 후 더 이상의 투과유속의 감소는 발생하지 않았다. 운전 압력이 증가함에 따라 투과유속의 효율은 <실험예 1>과는 달리 감소하는 경향을 보였다. 배제율은 판틀형 분리막 모듈이나 방사형 분리막 모듈 어느 경우에나 90% 이상이었으며 판틀형에 비해 방사형 분리막 모듈이 약간 높은 경향을 나타내었다.In <Experimental Example 2>, the permeation flux decreased initially as the operation time passed, but after about 20 minutes, the permeation flux did not decrease any more. As the operating pressure increases, the efficiency of the permeate flux tends to decrease, unlike in Experimental Example 1. The rejection rate was over 90% in either the platelet membrane module or the radial membrane module, and the radial membrane module tended to be slightly higher than the platelet membrane module.
<실험예 3>Experimental Example 3
<실험예 1>의 방사형 분리막 모듈로 도 4의 분리막 시스템을 구성하고, 일반적으로 사용되는 나권형 분리막 모듈과 비교하였다. 공급 용액은 <실험예 1>의 방법에서 사용한 순수를 사용하였으며 <실험예 1>과 같은 방법으로 실험하였다. 운전압력에 따른 실험 결과를 도 5에 나타내고, 투과유속 효율을 표 3에 나타낸다.The radial membrane module of <Experimental Example 1> constituted the membrane system of FIG. 4 and compared with a spiral wound membrane module generally used. As the feed solution, pure water used in the method of <Experimental Example 1> was used and the experiment was conducted in the same manner as in <Experimental Example 1>. The experimental results according to the operating pressure are shown in FIG. 5, and the permeation flux efficiency is shown in Table 3.
<비교 실험예>Comparative Experimental Example
판틀형 분리막 또는 나권형 분리막 모듈을 도 4의 분리막 시스템에 설치한 후 <실험예 1>, <실험예 2> 및 <실험예 3> 의 방법으로 실험하여 그 결과를 이상의 실험예들과 비교한다. <비교실험예>는 방사형 막모듈의 진보성을 입증하기 위하여 판틀형모듈 또는 나권형 모듈을 방사형 막모듈과 동일한 조건에서 실험하여 그 결과를 방사형 막모듈의 효율로 나타낸다. 따라서 투과유속 효율에는 비교실시된 모듈의 투과유속과 방사형 모듈의 투과유속이 함께 존재하는데, 이를 수식으로 나타내면,After installing the plate-type separator or spiral wound separator module in the separator system of FIG. 4, the experiment is performed by the methods of <Experimental Example 1>, <Experimental Example 2> and <Experimental Example 3> and the results are compared with those of the above Experimental Examples. . <Comparative Experiment Example> is to test the plate-shaped module or spiral wound module under the same conditions as the radial membrane module in order to prove the progressiveness of the radial membrane module and the result is shown as the efficiency of the radial membrane module. Therefore, the transmission flux efficiency of the comparative module and the transmission flux of the radial module exist together in the efficiency of transmission flux.
폴리에칠렌글리콜 용액에 대하여 운전 압력이 1 기압일 경우 판틀형 분리막 모듈에 대한 방사형 분리막의 투과유속 효율이 100%로 가장 높게 나타나는데 이는 방사형막 모듈이 일반적인 막모듈인 판틀형 분리막 모듈보다 제시된 조건에서 2배의 투과유속 증가율이 발생했다는 것을 의미한다.When the operating pressure is 1 atm for the polyethylene glycol solution, the permeation flux efficiency of the radial membrane membrane for the plate-shaped membrane module is the highest at 100%, which is 2 times higher than that of the membrane-type membrane module. It means that the increase rate of permeation flux occurred.
이상의 실험예에서와 같이 본 발명의 분리막 모듈(100)을 이용한 공정에서 일반적으로 발생하는 농도 분극(Concentration Polarization) 및 분리막 오염(Membrane Fouling) 등 투과 저항층을 현저히 감소시킴으로써 분리막의 세척 주기 및 새 분리막으로의 교환 주기를 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 투과수의 수질을 감소시키지 않으면서 투과수의 양을 극대화할 수 있다.As in the experimental example described above, the cleaning cycle and the new membrane of the membrane are significantly reduced by significantly reducing the permeation resistance layer such as concentration polarization and membrane fouling, which generally occur in the process using the membrane module 100 of the present invention. Not only can the exchange period be extended, but the amount of permeate can be maximized without reducing the quality of the permeate.
또한, 분리막 모듈(100)은 직경 방향으로의 유로의 변화를 유도하여 공급액의 흐름을 교란시킴으로서 투과 저항층을 현저히 제거할 수 있다.In addition, the membrane module 100 may significantly remove the permeation resistance layer by inducing a change in the flow path in the radial direction and disturbing the flow of the feed solution.
이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 판틀형 형태의 분리막을 사용할 경우 기존의 판틀형 분리막에서 해결하지 못한 농도 분극 및 용질층에 의한 투과유속의 감소와 투과수질의 감소를 해결하여 분리막의 세척 주기 및 사용 수명을 연장할수 있으며 보다 폭넓은 용도에 적용하는 것이 가능하다.According to the above configuration and operation, the present invention solves the reduction of permeation flux and decrease of permeated water due to concentration polarization and solute layer, which are not solved in the conventional plate-type separator, and thus, the washing cycle of the membrane and It can extend the service life and can be applied to a wider range of applications.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations will have to belong to the claims of the present invention.
Claims (3)
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