KR100439436B1 - 수중 박막 모듈용 순환 통기 시스템 - Google Patents

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Abstract

수중 박막 모듈용 통기 시스템은 높은 속도의 기류와 낮은 속도의 기류를 반복 사이클로 번갈아 제공하기 위해 적용된 공기 블로워, 밸브 및 제어기에 연결된 통풍기 세트를 구비한다. 실시예에서, 공기 블로워, 밸브 및 제어기는 동시에 두 개 이상 세트의 통풍기에 번갈아 기류를 제공하므로, 전체 공기 흐름이 일정하도록 하고, 블로워를 일정한 속도로 작동될 수 있도록 한다. 다른 실시예에서, 반복되는 사이클은 지속 기간이 짧다. 탱크수 내에서 과도 상태의 흐름이 얻어지고, 데드 존 회피 및 박막 교반을 조장한다.

Description

수중 박막 모듈용 순환 통기 시스템{CYCLIC AERATION SYSTEM FOR SUBMERGED MEMBRANE MODULES}
수중 박막은 솔리드(solid)를 함유한 액체를 처리하기 위해 사용되며, 솔리드가 적은 여과된 액체 및 솔리드가 많은 여과되지 않은 농축액을 생성한다. 예를들면, 수중 박막은 실질적으로 폐수로부터의 세정수 회수 및 호수 또는 저수지 물로부터의 음료수 회수를 위하여 사용된다.
상기 박막은 일반적으로 박막 및 상기 박막에 부착된 헤더(header)를 포함하는 모듈 내에 장착된다. 상기 모듈은 솔리드를 함유한 탱크 물내에 잠긴다. 박막횡단 압력은 박막 벽을 가로질러 가해지고, 벽을 통하여 여과수를 투과시킨다. 솔리드는 박막을 통과하지 못하고 생물학적 또는 화학적으로 처리될 탱크 물 내에 남거나 탱크로부터 배수된다.
박막 모듈 아래에 장착되고 도관에 의해 공기 블로워(blower)에 연결된 통풍기를 통하여, 공기 버블이 탱크로 도입된다. 상기 공기 버블은 탱크 물 표면 위로 상승하고 박막 모듈 주위의 탱크 물을 재순환시키는 공기 상승을 일으킨다. 기류의 속도가 효율적인 범위 내에 있을 때, 상승하는 버블 및 탱크 물은, 박막을 세척하고 교반하여, 탱크 물 내의 솔리드가 박막의 세공을 오염시키는 것을 방지한다. 추가로, 또한 버블로부터 탱크 물로 산소를 이동시키고, 폐수 처리 기구 내에 미생물 성장을 위한 산소를 제공한다. 일반적으로 공기 블로워는 상기 공기 블로워 모터에 가해지는 응력을 최소화하고, 만약 바람직하다면 미생물 성장을 위한 공기의 일정한 공급을 제공하기 위해 연속적으로 작동한다.
일반적인 통기 시스템에 있어서, 만약 많은 세정이 요구되는 경우에, 작업자는 통풍기로의 기류 속도를 증가시킨다. 그러나, 상기 기술은 박막 및 공기 블로워 모터에 응력을 가하고 사용된 에너지의 양을 증가시켜, 공정의 작동 비용이 상당히 증가한다. 반대로, 일반적으로 만약 적은 세정이 요구된다면, 작업자는 통풍기로의 기류 속도를 감소시킨다. 그러나, 상기 기술에 대해서, 기류 속도는 종종 효과적인 범위 아래이고, 효율적인 세정을 제공하지 못한다. 다른 방편으로, 어던 작업자는 간헐적으로 공기를 제공함으로써 기류의 평균 속도를 감소시키기도 한다. 상기 방법은 효율적인 범위의 기류 속도를 허용하나, 공기 블로워의 빈번한 개폐에 의해 공기 블로워가 빠르게 마모한다는 단점이 있다. 많은 경우에서, 상기 공기 블로워에 대한 보증은 그러한 간헐적인 작동에 의해 유효하지 못하다.
일반적인 통기 시스템에 대한 다른 문제는, 통기 시스템이 탱크내에 일반적으로 정상 상태의 재순환 패턴으로 탱크 물을 이동시킨다는 점이다. 상기 재순환 패턴은 일반적으로 재순환하는 탱크 물 및 버블이 탱크 물에 도달하지 않는 "데드 존(dead zone)"을 포함한다. 상기 데드 존에서 박막, 또는 상기 데드 존에서의 박막의 일부는 효과적으로 세정되지 않고, 일반적으로 탱크 물내보다 솔리드의 농도가 더 높은 물에서 작동할 수도 있다. 따라서, 상기 박막, 또는 상기 박막의 영향을 받은 부분은 솔리드로 빠르게 오염된다.
중공 섬유 박막이 움직여 솔리드를 떨어뜨리거나 솔리드 부착을 피할 수 있도록, 박막이 약간 느슨하게 설치된 경우에, 모듈 내에서 유사한 문제가 발생한다. 탱크내 탱크 물의 이동은, 느슨해진 박막이 정상 상태에 가까운 위치 특히 박막의 단부 근방의 위치에 자리잡도록 조장하여, 섬유의 유용한 움직임을 방해한다.
현재 통기 시스템의 또 다른 문제는, 시간이 겨과하면 통풍기 그 자체가 종종 오염되는 것이다. 심지어 공기의 공급이 이루어질지라도, 통풍기 구멍의 주변 부근의 국부 공기압은 낮고 탱크 물이 통풍기 내로 새는 것을 허용한다. 예를 들면, 역류, 세정 또는 다른 보수 처리를 위해 통풍이 종종 멈출 때, 많은 탱크의 물이 통기 시스템으로 유입될 수 있다. 통기 시스템으로 유입된 일부 탱크 물은 통기시스템 내에 솔리드의 침전물을 남기고 증발한다. 특히 폐수 처리 용도에 있어서, 상기 침전된 솔리드는 통기 시스템의 효율성을 상당히 감소시키거나, 작업자는 통풍기를 세정 또는 교체하기 위해 주기적으로 여과를 중지하여야 한다.
본 발명은 액체 여과 및 특히 수중 박막 필터내에 박막의 오물 세척 또는 오염 방지를 위해 통기 시스템으로 제조된 세척 공기 버블(scouring air bubble) 사용에 관한 것이다.
도 1A는 잠겨진 박막 리액터의 개략도이고,
도 1B, 1C 및 1D는 본 발명의 실시에 따른 박막 모듈의 도이고,
도 2는 본 발명의 실시에 따른 통기 시스템의 평면 개략도이고,
도 3은 본 발명의 실시 작동의 효과를 나타내는 일련의 그래프이고,
도 4A, 4B 및 4C는 본 발명의 실시에 따른 밸브 세트 및 밸브 제어기의 개략도이고,
도 5는 본 발명의 실시에 따른 박막 모듈 및 통기 시스템의 평면 개략도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시에 따른 박막 모듈 및 통기 시스템의 평면 개략도이고,
도 7A는 본 발명의 다른 실시에 따른 박막 모듈 및 통기 시스템의 평면 개략도이고,
도 7B, 7C 및 7D는 도 7A의 실시에 대한 다른 방도에 따른 박막 모듈 및 일부 통기 시스템의 입면도이고,
도 8A 및 8B는 순환 통기 시스템의 영양하에 본 발명의 실시에 따른 박막 모듈 및 일부 통기 시스템의 입면도이고,
도 9A, 9B, 9C 및 9D는 본 발명의 실시에 따른 통풍기의 도이고,
도 10A, 10B 및 10C는 두 그룹의 통풍기를 가진 본 발명의 실시에 대하여 실행된 시험 결과를 나타낸 챠트이고,
도 11은 단일 그룹의 통풍기를 가진 본 발명의 실시에 대하여 실행된 시험의 결과를 나타낸 챠트이다.
본 발명의 목적은 탱크내 탱크 물에 잠겨진 초미세 여과 및 극소여과 박막 모듈을 공기에 쐬기 위해 사용될 수 있는 순환 통기 시스템을 제공하기 위한 것이다. 상기 순환 통기시스템은, 공기 전달 네트워크의 복수 개의 개별 분기관 (distinct branch)에 공기 공급부를 연결하기 위해, 밸브 세트 및 밸브 세트 제어기를 사용한다. 공기 전달 네트워크의 개별 분기관은 박막 모듈 아래에 설치된 퉁풍기에 연결된다. 공기 공급부가 공기의 안정한 초기 흐름을 공급하기 위해 작동되는 동안, 각 개별 분기관에 대한 기류가 높은 유속과 낮은 유속 사이에서 반복되는 주기로 번갈아 변화하도록, 밸브 세트 및 밸브 세트 제어기는 공기 분배 시스템의 개별 분기관들 사이에 초기 기류를 분리하고 분배한다.
하나의 실시예에서, 상기 순환 통기 시스템은 공기 전달 네트워크의 개별 분기관과 각각 결합된 복수 개의 여과 영역내에 배열된 박막 모듈로 간헐적인 통기를 제공하기 위해 사용된다. 상기 순환 통기 시스템은 차례로 각 여과 영역으로 소정의 시간 동안 통기를 제공하도록 구성되고 작동된다.
다른 실시예에서, 상기 순환 통기 시스템은 박막 모듈의 그룹에 강한 통기를 제공하기 위해 사용된다. 그와 같은 실시예에서, 상기 순환 통기 시스템은 120초 이하의 사이클로 높은 유속과 낮은 유속 사이에서 번갈아 변화하는 공기를 공기 전달 네트워크의 분기관으로 제공하도록 구성되고 작동된다. 다른 그러한 실시예에서, 공기 전달 네트워크의 첫 번째 분기관과 결합된 통풍기는 공기 전달 네트워크의 두 번째 분기관과 결합된 통풍기와 산재해 있다. 높은 유속의 기류는 120초 이하의 사이클로 공기 전달 네트워크의 첫 번째와 두 번째 분기관 사이에서 번갈아 일어난다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
일반적인 설명
도 1A를 참조하면, 리액터(10)의 일반적인 장치가 도시되어 있다. 본 절에서 리액터(10)에 대한 설명은 일반적으로, 어떠한 특별한 실시예에 대한 설명과 불일치하지 않는 범위까지는 아래에 기술된 다양한 실시예에 적용된다.
상기 리액터(10)는 처음에 유입구(16)를 통하여 공급된 물(14)로 채워진 탱크(12)를 구비한다. 상기 공급된 물(14)은 미생물, 부유 솔리드 또는 솔리드라고 총칭되는 기타 물질을 함유할 수 있다. 탱크내에 한번 공급된 물(14)은, 특히 리액터(10)가 폐수 처리에 사용되는 경우에. 다양한 솔리드의 농도가 증가된 탱크 물(18)이 될 수 있다.
하나 이상의 박막 모듈(20)은 탱크내에 장착되고 하나 이상의 박막(6)의 투과측과 유체 연통하는 하나 이상의 헤더(22)를 구비한다. 상기 박막 모듈(20)내 박막(6)은 바람직하게 0.003과 10 미크론 사이에 극소여과 또는 초미세 여과 범위내인 세공 사이즈를 가진다.
헤더 형상을 변화시켜, 박막 모듈(20)을 다양한 크기 및 형상으로 이용할 수 있다. 예를 들면, 상기 박막(6)은 하나 이상의 헤더(22)내에 넣어진 중공 섬유일 수 있고, 따라서 중공 섬유의 루멘(lumen)이 하나 이상의 헤더(22)와 유체 연통할 수 있다. 상기 헤더(22)는 어떠한 편리한 형상일 수 있지만, 일반적으로 박막(6)에 부착되는 직사각형 또는 등근 면을 구비한다. 다른 방도로, 상기 박막(6)은 일반적으로, 얻어진 내부 표면과 유체 연통 상태인 모든 네 개의 측상에 일정한 간격으로 떨어진 한쌍의 헤더(22)내에 수직으로 지향된 평평한 시트일 수 있다. 박막 모듈(20)은 하나 이상의 극소 여과 또는 초미세 여과 박막(6)을 구미할 수 있고, 많은 박막 모듈(20)은 보다 큰 박막 모듈 또는 카세트를 형성하기 위해 서로 결합될 수 있지만, 그러나 모든 그러한 형상들을 박막 모듈(20)이라고 칭하기로 한다.
도 1B, 도 1C 및 도 1D는 직사각형 스케인(skein)(8)을 구비한 바람직한 박막 모듈(20)을 나타낸다. 각 직사각형 스케인(8)에서, 중공 섬유 박막(23)은 두 개의 마주한 헤더(22)들 사이에 지지된다. 각 박막(23)의 단부는 박막(23)의 외측과 헤더(22) 사이의 방수 연결을 위해 넣어진 레진으로 에워싸여지면서, 중공 섬유 박막(23)의 루멘이 하나 이상이 헤더(22)와 유체 연통 상태를 유지한다. 상기 직사각형 스케인(8)은 수평면(도 1B)으로 향하거나, 수직면에 수직(도 1C) 또는 수평(도 1D)으로 향한다. 복수 개의 직사각형 스케인(8)은 일반적으로 박막 모듈(20)내에 서로 결합된다.
비록 중공 섬유 박막(23)의 단일 열이 각 직사각형 스케인(8)내에 나타나 있지만, 일반적인 직사각형 스케인(8)은 2cm 내지 10cm 폭에 다량의 중공 섬유 박막(23)을 구비한다. 일반적으로 상기 중공 섬유 박막(23)은 0.4mm 와 4.0mm 사이의 외측 직경을 구비하고 10%와 40%사이의 패킹 밀도로 넣어진다. 상기 중공 섬유 박막(23)은 일반적으로 400mm 내지 1800mm의 길이이고 0.1% 내지 5% 느슨하게 장착된다.
다시 도 1A를 참조하면, 상기 탱크(12)는 투과 동안 상기 박막 모듈(20)내 박막(6)의 높이 위로 탱크수(18)가 채워진다. 투과된 여과수(24)는 막간 압력의 영향하에 상기 박막 모듈(20)내 박막(6)의 벽을 통하여 흐르고, 헤더(22) 내에 수집되어 투과 라인(28)을 통하여 투과 유출구(26)로 전송된다. 막간 압력은 바람직하게 투과 라인(28)내 부분 진공을 형성시키는 투과 펌프(30)에 의해 발생된다. 상기 막간 압력은 다른 박막 및 다른 적용을 위해 변할 수 있지만, 일반적으로 1kPa와 150 kPa 사이이다. 또한 투과된 여과수(24)는 간헐적으로 상기 박막 모듈(20)의 세정을 돕기 위해 상기 박막 모듈(20)을 통하여 역방향으로 흐를 수 있다.
투과 동안, 상기 박막(6)은 탱크 물(18)에 남아 있는 솔리드를 투과시키지 않는다. 상기 솔리드는 만약 리액터(10)가 바이오리액터이면 미생물에 의한 소화 작용(digestion) 또는 간헐적인 탱크(12) 배수 또는 일부 탱크 물(18)을 연속 제거와 같은 다양한 방법에 의해 제거되고, 나중의 두 방법은 탱크의 바닥에서 배수 도관(34)내 배수 밸브(32)를 개방함으로써 성취된다.
통기 시스템(37)은, 분배 분기관(51) 및 공기 전달 시스템(40)에 의해 일반적으로 하나 이상의 공기 블로워인 공기원(42)에 연결된 하나 이상의 통풍기(38)를 구비하고, 탱크 물 내에 버블(36)을 생성한다. 상기 통풍기(38)는 캡 통풍기와 같은 개별 통풍기, 또는 분배 분기관(51)에 부착된 도관 또는 분배 분기관(51)의 일부에 드릴로 가공된 단순한 구멍을 포함한 다양한 형태를 이룬다. 바람직하게 상기 버블(36)은 공기로 만들어질 수 있지만 만약 필요하다면 산소 또는 산소가 부유한 공기와 같은 다른 가스로 만들어진다.
상기 통풍기(38)는 일반적으로 상기 박막 모듈(20) 아래에 설치된다. 만약 상기 박막 모듈(20)이 수직 중공 섬유 박막(23)을 구비한 직사각형 스케인(8)으로 만들어진다면, 상기 통풍기(38)는 바람직하게 하부 헤더의 가장자리 근처에 버블을 만들기 위해 설치된다. 수직면내에 중공 섬유 박막(23)을 가진 직사각형 스케인(8)인 경우에, 통풍기(38)는 바람직하게 수직면 바로 아래 라인내에 버블을 생성하기 위해 설치된다. 수평면내 중공 섬유 박막(23)을 구비한 직사각형 스케인(8)인 경우에, 상기 통풍기(38)는 바람직하게 평면 아래에 고르게 분산된 머블을 생성하기 위해 설치된다.
상기 버블(36)은 박막(6)을 교반하여, 박막의 오염을 방지하거나 박막을 세정한다. 또한, 버블(36)은 박막 모듈(20)내 또는 근처의 탱크 물(18)의 국부 밀도를 감소서키고, 이로 인하여 탱크 물이 박막 모듈(20)을 통과하여 상부로 흐르게 하는 공기 상승 효과를 만든다. 상기 공기 상승 효과는, 탱크 물(18)이 박막 모듈(20)을 통하여 상부로 흐르고 그 후 탱크의 측부 또는 다른 부분을 따라 아래로 흐르는 재순환 패턴을 일으킨다. 상기 버블(36)은 일반적으로 표면에서 터지고 일반적으로 일부 재순환 패턴(46)의 하향 흐름부를 형성하는 탱크 물(18)을 따르지 않는다. 또한 상기 탱크 물(18)은 예를 들면, 유입구(16)에서 배수 도관(34)으로의 이동에 따라서 흐르지만, 그러나 그러한 흐름은 버블(36)에 의해 생성된 흐름을 능가(override)하지는 않는다.
상기 버블(36)은 1mm와 50mm 사이의 평균 직경을 가진다. 개별적으로 큰 버블 (36)은 박막(6)의 오염을 제거 또는 세정하는데 있어 더욱 효과적으로 믿어지지만, 그러나 작은 버블(36)은 탱크 물(18)로의 산소 이동에 있어 더욱 효과적이고, 각 버블(36)을 생성하기 위한 더 적은 에너지를 필요로 한다. 직경에 있어서, 3mm와 20mm 사이, 바람직하게는 5mm와 15mm 사이의 버블(36)은 많은 폐수 적용에서 사용하기 위해 적당하다. 상기에 기술된 범위의 버블(36)은 박막(6)의 효과적인 세정을 제공하고 탱크(12)의 표면에서 탱크 물(18)의 과도한 거품을 일으키지 않고 탱크 물(18)로 수용가능하게 산소의 이동을 제공한다. 만약 리액터(10)가 산소 이동이 필요하지 않은 다른 적용을 위해 또는 음료수를 만들기 위해 사용된다면, 5mm와 25mm 사이의 버블이 바람직하다.
상기 버블은 탱크 물(18)의 표면 아래 통풍기(38)의 깊이 및 공기압 및 유속과 같은 공지된 요소에 따라서 만들어진 통풍기(38)내 구멍보다 크다. 만약 통풍기(38)가 자치 도시 처리 작업에서 사용된 것들과 같은 큰 탱크(12)의 바닥 근처에 설치된다면, 2mm와 15mm 사이 및 바람직하게 5mm와 10mm 사이의 구멍을 가진 통풍기(38)가 사용될 수 있다. 적용된 상기 공기압(대기압에 대하여)은 일반적으로 통풍기(38)의 물속 잠김 깊이(대략적으로 미터당 10kPa)에서 물의 헤드 및 통풍기(38)를 통하여 바람직한 기류 속도를 갖기 위해 요구된 부가적인 압력에 의해 결정된다. 통풍기(38)의 구멍을 가로질러 일반적으로 5mmH2O와 100mmH2O 사이, 더욱 일반적으로 10mmH2O와 50mmH2O 사이의 압력 저하가 있다. 압력 저하와 동등한 통풍기(38) 구멍의 바닥 아래 거리에 설치된 일부 통기 시스템(37)의 부품들은, 비록 적은 양의 탱크 물(18)이 여전히 통기 시스템(37) 내부로 스며들 수는 있지만, 일반적으로 공기원(42)이 작동할 때에는 탱크 물과 접촉하지는 않는다.
순환 통기 시스템
도 2를 참조하면, 밸브 세트(254)와 유체 연통한 공기 공급부(242)를 가진 순환 통기 시스템(237)이 도시되어 있고, 상기 밸브 세트(254)는 밸브 제어기(256)에 의해 제어된다. 상기 밸브 세트(254)는 도관 통풍기(238)와 유체 연통인 각 개별 헤더(251)와 유체 연통한 복수 개의 개별 분관을 구비한 공기 전달 네트워크(240)와 유체 연통한 상태에 있다. 또한 통풍기의 다른 형태가 헤더(251) 또는 공기 전달 네트워크에 적당한 변경으로 사용될 수 있지만, 그러나 도관 통풍기(238)가 바람직하다. 공기 전달 네트워크(240)의 세 번째 분관 및 세 번째 헤더(251)는 공기 전달 네트워크(240)의 많은 개별 분관 및 헤더(251)가 두 개 이상, 그러나 바람직하게 15개 이하로 될 수 있는 것을 표시하기 위해 점선으로 나타나 있다.
상기 공기 공급부(242)는 가압 공기원, 일반적으로 하나 이상의 공기 블로워이고, 순환 통기 시스템으로 초기 속도의 가스 흐름을 제공한다. 상기 가스는 대부분이 공기이지만, 그러나 산소, 산소 또는 오존이 부유한 공기, 또는 질소일 수 있고, 공기 공급부(242)는 공기 블로워에 더하여 산소 또는 오존 장비를 포함한다. 그러나, 본 명세서에서 "공기"라는 용어는 적절한 모든 가스를 나타내기 위하여 사용된다. 상기 공기 공급부(242)에 의해 제공된 공기의 양은 공기 공급부 (242)에 의해 모든 도관 통풍기(238)(아래에 기술됨)로 제공된 공기의 양을 합산함으로써 결정된다. 공기 공급부(242)는 시간이 경과하더라도 일정한 양의 공기를 공급하는 것이 바람직하다.
밸브 세트(254) 및 벨브 제어기(256)를 아래에 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 일반적으로, 상기 밸브 세트(254) 및 벨브 제어기(256)는, (a) 어떤 시점에서, 분관들의 일부가 더 높은 유속의 공기를 수용하고 분관들의 일부는 더 낮은 유속의 공기를 수용하도록, 공기 공급부(242)로부터의 공기 흐름을 공기 전달 네트워크(240)의 분관들로 분할하고, (b) 높은 속도와 낮은 속도의 공기의 흐름을 수용하는 공기 전달 네트워크(240)의 분관을 반복적인 사이클로 전환시킨다.
일례가 도 3에서 도시되어 있다. 도 3의 각 부분 a), b) 및 c)에서, Rh는 높은 기류 속도를 나타내고, R1은 낮은 기류 속도를 나타내고, 0 내지 t3의 시간은 반복될 사이클을 나타낸다. 상기 사이클은 실질적으로 세 개의 동등한 시간 주기, 0-t1, t1-t2 및 t2-t3로 분할된다. 각 상기 주기에서, 공기 전달 시스템 (240)의 하나의 분관 및 그의 관계된 분기관(251)은, 다른 분기관이 R1로 공기를 수용하는 동안, Rh로 공기를 수용한다. 유사하게, 공기 전달 시스템(240)의 각 분관 및 그의 관계된 분기관(251)은 상기 사이클의 3분의 1동안 Rh로 공기를 수용하고 상기 사이클의 3분의 2동안 R1로 공기를 수용한다.
아래에 기술될 많은 밸브 세트(254)는 분기관(251)으로의 기류 속도에 부드러운 변화를 생성하기 위해 사용될 수 있지만, 만약 변화가 도 3에 의해 제안된 것 처럼 상당히 급변한다면 바람직하게 된다. 본 발명가들은 그러한 갑작스런 변화가 비정상적으로 큰 버블(36)을 단시간에 파열시키고, 상당한 세정 효과 또는 오염 제거 효과를 가질 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 이러한 갑작스런 변화는, R1에서 Rh로 변천한 직후 종종 그에 상응한 압력 파동을 생성하는 기류 속도의 스파이크를 생성한다. 상기 압력 파동은 순환 통기 시스템(237)의 디자인 한계내에서 유지되어야 하거나 적절한 파동 발산 밸브가 제공되어야 한다.
공기 전달 네트워크(240)의 분관 및 분기관(251)에 제공된 공기의 양은 많은 인자에 의존하지만, 바람직하게 도관 통풍기(238)에 공급되는 기류의 겉보기 속도(superficial velocity)에 관계된다. 상기 기류의 겉보기 속도는, 표준 조건(1 기압 및 25℃)에서 도관 통풍기(238)로의 기류 속도를 통기의 단면적으로 나눈 값으로 정의된다. 상기 통기의 단면적은 도관 통풍기(238)에 의해 효율적으로 통기된 영역을 측정함으로써 결정된다. 0.013m/s와 0.15m/s 사이의 기류의 겉보기 속도가 바람직한 높은 속도(Rh)이다. 음료수 적용에서 사용하기 위한 공기 블로워의 경우는 상기 범위의 하한값 근방의 크기로 설정되고, 폐수 처리에 적용하기 위한 공기 블로워의 경우는 상기 범위의 상한 근방의 크기로 설정된다.
R1은 일반적으로 Rh의 절반보다 더 적고, 종종 흐름이 없는 공기 오프 상태(air off condition)를 이룬다. 상기 범위내에서, 기류의 낮은 속도는 공급수(14)의 질에 영향을 받는다. 공기 오프 상태가 일반적으로 바람직하지만, 약간의 공급수(14)에 의해, 중공 섬유 박막(23)은 낮은 속도에서의 통기의 짧은 기간내에 조차도 상당히 오염된다, 상기 경우에서, 기류의 낮은 속도가 높은 속도의 절반에 접근할 때 더 나은 결과가 얻어진다.
도 4A, 4B 및 4C를 참조하면, 밸브 세트(254) 및 밸브 제어기(256)의 다른 실시가 도시되어 있다. 도 4A에서, 공기 공급부(242)는, 볼 밸브인 것이 바람직한 3 방향 밸브(292) 내로 공기를 불어넣고, 두개의 잔존하는 오리피스가 두 개의 분기관(251)들에 연결된다. 3 방향 밸브 제어기(294)는 분기관(251)들 중의 하나 및 그 후 다른 하나에 공기 통로를 번갈아 개방한다. 바람직하게 분기관(251)들 중 하나에 대한 공기 통로가 개방되는 동안 다른 분기관(251)에 대한 공기 통로가 폐쇄되도록, 180도의 위상차(phase shift)가 있다. 상기 3 방향 밸브(292)는, 레버(lever)(299)에 필요한 회전 속도로 회전하는 구동 장치(drive unit)인 3 방향 밸브 제어기(294) 상의 레버(299)에 연결기(298)에 의해 연결된 핸들(296)에 의해 기계적으로 작동될 수 있다. 그러나, 바람직하게 상기 3 방향 밸브 제어기(294)는, 상기 3 방향 밸브(292)를 갑작스럽게 구동하도록, 더욱 용이하게 구성될 수 있는 마이크로프로세서 및 서보(servo) 또는 솔레노이드(soleniod) 조합체이다.
도 4B에서, 공기 공급부(242)는 낮은 흐름 라인(262) 및 높은 흐름 라인(264)으로 기류를 분리하는 커넥터(261) 내부로 공기를 불어 넣는다. 낮은 흐름 라인(262)에서 밸브(266)는, 낮은 흐름 라인(262)에서 흐름이 바람직하게 높은 흐름 라인(264)에서 흐름의 절반보다 작아지도록 조절된다. 타이머, 마이크로프로세서 또는 다음에 기술될 밸브에 전기 또는 기계적 결합을 가진 하나 이상의 모터인 것이 바람직한 제어기(268)는, 솔레노이드 밸브 또는 3 방향 볼 밸브일 수 있는 저압 밸브(270) 및 솔레노이드 밸브 또는 3 방향 볼 밸브일 수 있는 고압 밸브(272)를 제어하고, 따라서 첫 번째 시간 간격 동안(사이클의 제1 부분) 낮은 흐름 라인(262) 내의 공기는 분기관(251) 중의 하나에 흐르고 높은 흐름 라인 내의 공기는 다른 분기관(251)으로 흐른다. 두 번째 시간 간격 동안(사이클의 제2 부분), 저압 밸브(270) 및 고압 밸브(272)는, 낮은 흐름 라인(262)내 공기가 교차 도관(274)을 통해 분기관(251)으로 흐르고 높은 흐름 라인(264)내 공기가 역도관(276)을 통해 다른 분기관(251)으로 흐르도록 제어된다.
도 4C에서, 공기 공급부(242)는 밸브(262)에 의해 분기관(251)으로 연결된 블로워 헤더(260) 내부로 공기를 불어넣는다. 각 밸브(262)는 종속 장치(280), 일반적으로 솔레노이드 또는 서보 모터에 의해 제어된다. 상기 종속 장치는 본 절 및 아래 실시예에서 기술된 시스템 작동에 따라서 밸브(262)를 개방하고 폐쇄하도록 프로그램화된 마이크로프로세서(282)에 의해 작동된다.
효율적인 단속 통기를 제공하기 위한 순환 통기의 사용
다음 실시예를 참조하여, 효율적인 단속 통기를 제공하기 위한 순환 통기 시스템(237)의 사용에 대하여 설명하며, 본 발명이 상기 실시예에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 도 5를 참조하며, 여과 탱크(412) 내에 여섯 개의 박막 모듈(20)(점선으로 나타내어짐)로 단속 통기를 제공하는 데 사용하기 위한 통기 시스템(237)이 도시되어 있다. 상기 여과 탱크(412)는 상기 여섯 개의 박막 모듈(20)에 상응한 여섯 개의 여과 영역(또한 점선으로 나타내어짐)을 가진다. 다른 방법으로, 상기 여과 영역은 각 탱크내 하나 이상의 박막 모듈(20)을 가진 개별 탱크내에 제공될 수 있다. 상기 박막 모듈(20)은 단속 통기가 적당하도록 비교적 오염되지 않은 표면수를 여과하기 위해 사용될 것이다.
공기 전달 네트워크(240)는 여과 영역에서 각 헤더(251)에 연결된 여섯 개의 개별 분관을 구비한다. 각 헤더(251)는 일반적으로 박막 모듈(20) 아래에 장착된 도관 통풍기(238)에 차례로 연결된다. 상기 밸브 세트(254) 및 밸브 제어기(256)는, 높은 속도의 공기가 차례로 공기 전달 네트워크(240)의 각 분관에 약 75초 동안 공급되는 7.5분 사이클로 공기 공급부(242)로부터 공기 전달 네트워크(240)로 공기를 공급하도록 구성되고 작동된다. 한편 공기 전달 네트워크(240)의 분관은 높은 속도의 공기를 수용하지 않는 동안에는 보다 낮은 속도의 공기를 수용한다. 따라서, 각 헤더(251)는 매 7.5분 중에서 75초 동안 높은 속도의 공기를 수용한다. 그러나, 공기 공급부의 작동은 일정하고, 하나의 분기관(251)을 위한 크기의 공기 공급부가 여섯 개의 그러한 분기관에 공기를 공급하기 위해 사용된다.
박막 모듈(20)이 통기되면서 박막 모듈(20)의 역류가 발생하도록, 박막 모듈(20)의 역류가 차례로 박막 모듈 상에서 수행된다면 또한 바람직할 수 있다. 각 박막 모듈(20)이 그 자체의 투과 펌프(30) 및 관계된 역류 장치에 의해 처리되는 경우에, 박막 모듈(20)은 가장 쉽게 역류될 수 있다. 예를 들면, 비교적 큰 시스템에서, 투과 및 역류 장치는 일반적으로 약 8 내지 11 ML/d 용량으로 제한된다. 따라서 중간 크기의 설비(즉, 40ML/d의 범위)는 개별적으로 제어될 수 있는 투과 및 역류 장치의 세트에 의해 사용되는 몇 개의 박막 모듈(20)을 구비한다. 어떤 설비에 있어서는, 역류가 박막 모듈(20) 상에서 차례로 실행되어 통기와 무관하게 투과수(24)의 고른 공급을 생성한다. 예를 들면, 0.3 ntu의 혼탁도 및 3.9 tcu의 색도를 가진 공급수로 행해진 준비 조사에서, 본 발명가들은 15분 15초마다 0.035 m/s 겉보기 속도의 높은 속도로 75초의 통기를 사용하여 박막 모듈의 수용가능한 지속된 투과성을 성취할 수 있었다. 상기 사이클의 잔여를 위한 통기는 없었다. 각 사이클은 박막 모듈(20)을 통한 투과의 15분 및 역류의 15초를 포함한다. 통기의 75초는, 백펄스 전 통기 30초, 백펄스 동안 통기, 및 백펄스 후 통기 30초가 되도록 시간이 지정된다. 상기 시험은, 만약 각 분기관(251)이 관련 박막 모듈(20)의 역류와 일치되도록 순환 통기의 시간이 지정된다면, 그 후 약 12개의 박막 모듈(20)은 일부의 순환 통기 시스템(237)으로서 단일 공기 공급부(242)에 의해 사용될 수 있음을 제안한다.
강한 통기를 제공하기 위한 순환 통기의 사용
다음 실시예를 참조하여, 강한 통기를 제공하기 위한 순환 통기 시스템(237)의 사용에 대하여 설명하며, 본 발명이 상기 실시예에 제한되는 것은 아니다. 도 6을 참조하면, 여과 용기(512)내 두 세트의 박막 모듈(20)(점선으로 나타내어짐) 사이에 번갈아 통기를 제공하는 데 사용하기 위한 통기 시스템(237)이 도시되어 있다. 상기 여과 용기(512)는 두 세트의 박막 모듈(20)에 상응한 두 개의 여과 영역(또한 점선 라인으로 나타내어짐)을 구비한다. 다른 방법으로, 상기 여과 영역은 각 탱크내에 하나 이상의 박막 모듈(20)을 가진 개별 탱크내에 제공될 수 있다. 상기 박막 모듈(20)은 강한 통기가 적당한 비교적 오염물이 많은 표면수 또는 폐수를 여과하기 위해 사용될 것이다.
공기 전달 네트워크(240)는 여과 영역에서 각각 헤더(251)에 연결된 두 개의 개별 분관을 구비한다. 각 헤더(251)는 일반적으로 박막 모듈(20) 아래에 장착된 도관 통풍기(238)에 차례로 연결된다. 짧은 사이클로 공기 공급부(242)로부터 공기 전달 네트워크(240)로 공기를 공급하도록 밸브 세트(254) 및 밸브 제어기(256)가 구성되고 작동되며, 상기 사이클의 절반 동안에 높은 속도의 공기가 공기 전달 네트워크(240)의 각 분관에 공급된다. 한편 공기 전달 네트워크(240)의 분관은 높은 속도의 공기를 수용하지 않는 동안에는, 낮은 속도의 공기를 수용한다.
바람직한 전체 사이클 시간은, 여과 용기(512)의 깊이, 박막 모듈(20)의 디자인, 공정 파라미터 및 처리될 공급수(14)의 조건에 따라 변할 수 있지만, 여과 용기(512)가 1m 와 10m 깊이 사이의 일반적인 도시형 탱크인 경우에, 바람직하게 10초 이상(충분한 속도로 5초 및 감소된 속도로 5초)이다. 120초(충분한 속도로 60초, 감소된 속도로 60초)까지의 사이클 시간이 효과적일 수 있지만, 바람직하게 여과 용기(512)가 일반적인 도시형 탱크인 경우에, 사이클 시간은 60초(충분한 속도로 30초, 감소된 속도로 30초)를 초과하지 않는다.
본 발명가들은 그러한 빠른 사이클은 탱크 물(18) 내에 과도상태의(transient) 흐름을 생성하는 것으로 생각한다. 특히, 탱크 물(18)을 가속화시킬 기류 속도가 R1에서 Rh로 변화하여 공기 상승 효과가 발생되거나 강화된다. 그러나, 얼마 안 있어, 통기 및 공기 상승 효과는 급격히 감소되어 탱크 물(18)은 감속된다. 매우 짧은 사이클이면, 상기 탱크 물(18)은 사이클의 대부분 동안 가속 또는 감속되고 정상 상태를 거의 유지하지 않는다. 탱크 물(18)내 정지한 영역의 형성이 제거되고 중공 섬유 박막(23)의 바람직한 움직임이 증가하는 것으로 생각된다. 예를 들면, 도 1B 및 도 1D의 직사각형 스케인(8)에 도시된 바와 같이, 수평 중공 섬유 박막(23)은 정상 상태 통기하에 일반적으로 아래로 오목한 형상을 하고 있고 그들의 말단에서 움직임이 제한된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 중공 섬유 박막(23)내 텐션(tension)은 주기적으로 해제되고, 어떤 경우에는, 하향으로 흐르는 국부 흐름이 짧은 시간 주기 동안 발생될 수 있다. 수평 중공 섬유 박막(23)의 단부는 더욱 바람직한 움직임을 겪고 오염 속도가 감소한다. 이러한 바람직한 효과는 과도 상태의 흐름의 생성과 연계될 수 있기 때문에, 탱크 깊이 또는 장막과 같은 도관 통풍기(238) 세트 위에 물 기둥의 가속화에 영향을 미치는 요인이 전술한 바람직한 사이클을 변경할 수 있는 것으로 생각된다.
수평 흐름을 촉진하기 위한 순환 통기의 사용
다음 실시예를 참조하여 탱크 물(18) 내에 수평 흐름을 조장하기 위한 상기 순환 통기 시스템(237)의 사용에 대해 설명하며, 본 발명이 상기 실시예에 제한되는 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다. 도 7A을 참조하면, 처리 탱크(612) 내의 박막 모듈(20)을 통기시키는 데 사용하기 위한 통기 시스템(237)이 도시되어 있다. 상기 박막 모듈(20)은 강한 통기가 적당하도록 비교적 오염물이 많은 표면수 또는 폐수를 여과하기 위해 사용되었다.
상기 공기 전달 네트워크(240)는 단일 여과 영역에서 두 개의 개별 헤더(251)에 각각 연결된 두 개의 개별 분관을 구비한다. 상기 헤더(251)들은 구별의 편의상 헤더 251a 및 251b로 칭하기로 한다. 헤더(251)는 헤더 251a에 부착된 도관 통풍기(238)가 헤더 251b에 부착된 도관 통풍기(238)와 산재(散在)되도록 도관 통풍기(238)에 연결된다. 헤더 251a가 박막 모듈(20) 바로 아래 도관 통풍기(238)에 연결되고 헤더 251b가 박막 모듈(20) 사이 및 아래에 설치된 수평으로 배치된 도관 통풍기에 연결된 그러한 장치의 일례가 도 7A에 도시되어 있다. 도 7B, 도 7C 및 도 7D를 참조하면, 도 7A의 실시예에 대한 세트의 변화가 도시되어 있다. 도 7B에서, 헤더 251a 및 251b는 박막 모듈(20) 바로 아래에 설치된 번갈아 수평으로 배치된 도관 통풍기(238)에 연결된다. 도 7C에서, 헤더 251a 및 헤더 251b는 번갈아 박막 모듈(20)아래에 직접 설치된 번갈아 수평으로 배치된 도관 통풍기(238)에 연결된다. 도 7C에서, 헤더 251a 및 헤더 251b는 번갈아 박막 모듈(20) 사이 및 바로 아래에 직접 설치된 번갈아 수평으로 배치된 도관 통풍기(238)에 연결된다. 각각의 경우에, 상기 패턴은 많은 박막 모듈이 사용되는 경우에 되풀이될 수 있다.
각 헤더 251a 및 헤더 251b는 밸브 세트(254)에 연결된 공기 전달 네트워크(240)의 개별 분관에 연결된다. 짧은 사이클로 공기 공급부(242)로부터 공기 전달 네트워크(240)로 공기를 공급하도록 상기 밸브 세트(254) 및 밸브 제어기(256)가 구성되고 작동되며, 상기 사이클의 절반 동안 높은 속도의 공기가 공기 전달 네트워크(240)의 각 분관으로 공급된다. 한편 상기 공기 전달 네트워크(240)의 분관이 높은 속도의 공기를 수용하지 않는 동안에는, 낮은 속도의 공기를 수용한다. 상기 낮은 유속은 바람직하게 높은 유속의 절반 이하이고, 여건이 허용되는 한, 낮은 유속은 바람직하게 공기 오프 조건(air-off condition)이 된다.
전체 사이클 시간은 여과 용기(512)의 깊이, 박막 모듈(20)의 디자인, 처리 파라미터 및 처리될 공급 수(14)의 조건에 따라 변할 수 있지만, 여과 용기(412)가 1m 와 10m 깊이 사이의 일반적인 도시형 탱크인 경우, 2초 이상(충분한 속도로 1초 및 감소된 속도로 1초) 및 120초(충분한 속도로 60초, 감소된 속도로 60초) 이하의 사이클 시간이 바람직이다. 그러나, 바람직하게 상기 사이클 시간은 길이로 20초와 40초 사이이다. 10초 이하의 짧은 사이클은, 탱크(12)의 깊이에 비하여 상당한 거리를 통하여 버블(36)이 상승하도록 허용하기에는 그러한 시간이 불충분한 경우에, 깊은 탱크(12)내 탱크 물(18) 안에 여러 밀도의 영역을 형성시키기에 충분하지 않을 수도 있다. 120초 이상의 긴 사이클은, 일부 박막 모듈(20)이 연장된 시간의 주기 동안 버블(36)을 수용하지 않게 하며, 따라서 빠른 오염을 일으킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 효과는 과도 상태의 흐름 생성에 연계될 수 있고 탱크 깊이 또는 장막과 같은 도관 통풍기(238) 세트 위에 물 기둥의 가속화에 영향을 미치는 요인이 전술한 바람직한 사이클을 변경할 수 있는 것으로 생각된다.
이 실시예에서, 헤더(251b)에 부착된 도관 통풍기(238)와 함께 산재된 헤더(251a)에 연결된 도관 통풍기(238)는 여과 영역내부 탱크 물(18)내에 고밀도 및 저밀도의 변화하는 영역을 만든다. 전술한 바와 같이, 본 발명가들은 상기 변화들이 탱크 물(18)에서 과도 상태의 흐름을 생성하는 것으로 생각한다. 그러나, 공기 전달 네트워크(240)의 개별 분관에 부착된 도관 통풍기(238) 위의 통기의 효과적인 영역이 상당히 작은 경우에, 본 발명가들은 공기 전달 네트워크(240)의 다른 분관에 부착된 도관 통풍기(238) 위의 영역 사이의 수평 방향으로 감지할 수 있는 과도 상태의 흐름이 생성될 수 있는 것으로 생각한다. 도 7A, 도 7B, 도 7C 및 도 7D를 참조하면, 나타내어진 박막 모듈(20)은 바람직하게 하나 또는 두개의 직사각형 스케인(8)의 크기를 이룬다.
예를 들면, 도 8A 및 도 8B에서 수직으로 지향된 중공 섬유 박막(23)을 가진 직사각형 스케인(8)로 만들어진 박막 모듈(220)은, 도 7D에 도시된 바와 같이, 박막 모듈(220)에 관계하여 설치된 도관 통풍기(238)를 가진 순환 통기 시스템에 의해 통기된다. 도 8A 및 8B에 중공 섬유 박막(23)의 느슨해진 정도를 이해하기 용이하도록 상당히 과장하여 표현하였다. 또한, 전술한 바와 같이, 각 수직 직사각형 스케인(8)에 대해 단지 두 개의 중공 섬유 박막(23)이 예시되었지만, 직사각형 스케인(8)은 실질적으로 많은 중공 섬유 박막(23)으로 구축된다.
정상 상태의 통기에서는, 버블(36)이 수직 직사각형 스케인(8)을 투과하도록 촉진하는 것을 어렵다. 버블(36)의 자연적인 성향은 박막 모듈 (220) 둘레와 같은 가장 낮은 저항을 가진 영역을 통하여 또는 박막 모듈(220) 사이의 가는 구멍을 통하여 나갈 것이고 수직 직사각형 스케인(8)의 외부 가장자리상의 중공 섬유 박막(23)은 버블(36)과 상당히 많이 접촉할 수 있다. 추가로, 중공 섬유 박막(23)의 상부 10-20%는 종종 공기 상승 효과에 의해 팽팽하게 굽어진 형상으로 변형되고 단지 매우 작은 이동을 한다. 또한 중공 섬유 박막(23)의 바닥에서의 보다 작은 부분은 하부 헤더(22) 둘레를 이동하는 흐름에 의해 팽팽하게 굽어질 수 있다. 상기 팽팽하게 굽어진 영역에서, 상기 중공 섬유 박막(23)은 더욱 빠르게 오염된다.
그러나, 순환 통기의 경우에, 높은 속도의 공기는 헤더(251a)와 헤더(251b) 사이에서 번갈아 일어나게 된다. 많은 공기가 헤더 251a로 공급될 때, 중공 섬유 박막(23)은 도시된 바와 같이 첫 번째 국부 재순환 패턴(280)을 가진 도 8A에 도시된 바와 같이 평균적인 형상을 갖는다. 많은 공기가 헤더(251b)로 공급될 때, 상기 중공 섬유 박막(23)은 도시된 바와 같이 두 번째 국부 재순환 패턴(282)을 가진 도 8A에 도시된 바와 같이 평균적인 형상을 갖는다. 순환 통기 시스템(237)의 영향하에, 중공 섬유 박막(23)은 도 8A 및 도 8B에 도시된 위치 사이에서 번갈아 움직인다. 따라서, 거의 움직이지 않는 중공 섬유 박막(23)의 일부는 크기에 있어서 감소된다. 또한 순환은 수직 직사각형 스케인(8)의 밖 및 안으로 역흐름을 생성하고, 본 발명자들은 상기 역흐름이 수직 직사각형 스케인(8) 내부로의 버블(36)의 보다 깊은 침투를 촉진하는 것으로 생각한다.
도관 통풍기
도 9A를 참조하면, 도관 통풍기(238)가 도시되어 있다. 상기 도관 통풍기(238)는 15mm와 100mm 사이의 내부 직경을 가진 원통형 파이프인 긴 중공 본체(302)를 구비한다. 일련의 구멍(304)은, 버블을 만들기 위해 도관 통풍기(238)의 밖으로 공기가 흐르도록 허용하는 본체(302)를 관통한다. 구멍의 크기, 수 및 위치는 변할 수 있으나, 직사각형 스케인(8)에 대하여, 예를 들면, 본체(302)를 따라 50mm 내지 100mm 마다 배치되고 통풍기(300)의 깊이에서 구멍을 통하여 10mmH2O 내지 100mmH2O 사이의 압력 저하를 초래하는 기류가 공급되는 직경 5mm와 10mm 사이의 2 구멍(각 측에 하나)이 적당하다.
공기는 유입구(306)에서 도관 통풍기(238)로 들어간다. 도관 통풍기(238)의 마주하는 단부에 유출구(308)가 있다. 유출구(308)상의 가장 높은 포인트는, 도관 통풍기(238)의 깊이에서 구멍(304)을 가로질러 최소와 최대의 예상되는 물의 압력 저하 사이의 수직 거리만큼, 유입구(306)상의 가장 낮은 포인트 아래에 설치된다. 구멍(304)을 가로지른 통풍기(300)의 깊이에서 예상되는 최소 물의 압력 저하는 바람직하게 구멍(304)의 상부와 본체(302)의 내부 바닥 사이의 거리 이상이다. 도관 통풍기(238)내 공기와 도관 통풍기(238) 주변 물 사이의 공기/물의 계면(309)은 본체(302)의 내부 바닥 아래, 그러나 유출구(308)상의 가장 높은 포인트 위에 설치될 것이다. 이러한 방법으로, 도관 통풍기(238)로 유입되는 탱크 물(18)은 유출구(308)로 흐르고 구멍(304) 근처에 축적되지 않는다.
도 9B를 참고조하면, 비교적으로 깨끗한 탱크 물(18)에 사용하기 적합한 다른 도관 통풍기(238)가 도시되어 있다. 상기 본체(302)는 직사각형 단면을 구비하지만 바닥이 개방되어 있다. 상기 도관 통풍기(238)는 개별 구성 요소일 수 있거나 박막 모듈(20)의 헤더(22)에 일체화되며, 이 경우에 하부 헤더(22)의 바닥이 본체(302)의 상부로서의 역할을 한다. 상기 본체(302)의 단부는 다시 헤더(22)의 일부일 수 있는 캡(310)으로 덮혀진다. 탱크 물(18)에 대하여 본체 (302)의 바닥이 개방된 상태에서, 도관 통풍기(238) 내부로 스며드는 탱크 물(18)은 탱크 물(18)로 다시 흘러 나간다. 도관 통풍기(238)의 바닥에서 형성되는 버블(36)을 방지하기 위해, 본체(302)의 측부는 구멍(304)을 통하여 예상 압력 저하보다 큰 거리만큼 구멍(304)의 바닥 아래로 연장된다.
도 9C를 참조하면, 다른 도관 통풍기(238)는 이하에서 설명하는 것 이외에는 도 9A의 도관 통풍기(238)와 유사하다. 부분적으로 절단되어 나타내어진 고무 슬리브(400)는 본체(302)를 덮고 구멍(304)과 대응하는 슬릿(402)을 구비한다. 상기 슬릿(402)은 도관 통풍기(238) 내부로 공기가 흐를 때 개방되고, 높은 속도의 기류가 사용될 때 큰 사이즈로 개방된다. 따라서, 상기 슬릿(402)은 기류의 충분한 속도에서 큰 버블(36) 및 기류의 감소된 속도에서 작은 버블(36)을 생성한다. 폐수 처리 용도에서, 버블(36)의 감소된 사이즈는 기류의 감소된 속도에서 개선된 산소 운송 효율을 제공한다.
도 9D를 참조하면, 비교적으로 솔리드가 많은 탱크 물(18)용으로 사용하기 적합한 다른 도관 통풍기가 도시되어 있다. 상기 본체(302)는 직경 32mm의 튜브이다. 구멍은 직경 8mm이고 수평에서 30도 상향으로 장착되어 있다. 본체(302)의 바닥에 위치하고 일반적으로 직경 16mm의 배수 구멍(410)은 본체(302)로부터 배수를 위해 탱크 물(18)의 누출을 허용한다. 캡(412)은 본체(302)의 단부를 덮는다.
상기에 기술된 것들과 같은 도관 통풍기(238)를 통해 공기가 흐르는 상태일지라도, 탱크 물(18)이 도관 통품기(238) 내로 들어갈 수도 있으며, 이 탱크 물(18)이 마르면 솔리드의 축적물이 남는다. 그러나, 공기의 공급이 전술한 바와 같이 분기관 사이에 번갈아 공급될 때, 상기 도관 통풍기(238)는 교대로 충만되고 비워진다. 상기 도관 통풍기(238)의 얻어진 주기적인 습윤은, 재습윤을 조장하고 도관 통풍기(238)내 축적된 솔리드를 제거하거나 탱크 물(18)이 건조되어 도관 통풍기(238)내에 솔리드가 퇴적되는 것을 방지한다. 만약 필요하다면, 대기로 통하는 밸브를 개방하여 적당한 분기관으로부터 공기를 방출시킴으로써 상기 충만이 조장될 수 있다.
상기에 기술된 것들과 유사한 실시예가 특허청구범위에 한정된 범위 내에서 여러 다른 형태로 이루어질 수 있고 여러 다른 방법에 따라서 작동될 수 있다.
실시예
다음 실시예들은 제논 인바이런멘탈사에 의해 제조된 ZW 500 박막 모듈과 관련된 것이다. 각 ZW 500은 수직 중공 섬유 박막의 두 개의 직사각형 스케인을 구비한다. 겉보기 속도 계산의 목적을 위해, 각 ZW 500 박막 모듈을 위한 통풍의 단면적은 대략 0.175m2이다. 아래에 주어진 모든 기류 속도는 표준 조건에서의 속도이다.
실시예 1
8개의 ZW 500 박막 모듈의 카세트는, 유속 및 통기가 변화되는 조건 이외에는, 일반적으로 일정한 공정 파라미터하에서 벤토나이트 현탁액 내에서 작동되었다. 상기 박막의 오염 속도는 통기의 효율성을 평가하기 위해 감시되었다. 통기는 204 m3/h(즉, 모듈당 25.5m3/h) 및 136m3/h의 일정한 속도로 및 다양한 순환 형태에 따라 공급되었다. 상기 순환 시험에서, 136m3/h의 전체 공기 공급은 모듈 아래 설치된 통풍기와 모듈들 사이 및 옆에 설치된 통풍기 사이에서 도 10A에서 나타낸 존속 기간의 사이클로 순환되었다. 30초 사이클(각 통풍기 세트에 대하여 15초의 공기)로 136m3/h의 통기는 대략적으로 204m3/h의 비순환 통기만큼 효과적이었다.
실시예 2
도 10B에 나타낸 기류의 변화 이외에는, 일반적으로 일정한 공정 파라미터하에 실시예 1에서 기술된 것과 같은 동일한 장치가 시험되었다. 특히, 통풍기 각 그룹이 10초 동안 전체 기류의 70%를 수용하고 10초 동안 전체 기류의 30%를 수용하도록, 136 m3/h의 전체 기류의 70%가 20초 사이클내에서 순환되었다. 도 10B에 도시된 바와 같이, 기류의 70% 순환으로 인하여, 동일한 전체 기류에서의 일정한 통기와 비교하여 높은 투과 유속에서 오염 속도가 감소하였다.
실시예 3
2개의 ZW 500 박막 모듈이 자연 공급의 공급수로부터 음료수를 제조하기 위해 작동되었다. 작동 파라미터는 통기에 있어서의 변화 이외에는 일정하게 유지되었다. 상기 모듈은 모듈당 25.5m3/h(51m3/h의 전체 시스템 기류)의 비순환 통기로 약 10일 동안 우선 작동되었다. 그 후 약 3일 동안, 각 모듈이 10초동안 12.8m3/h로 통기되고 그 후 10초 동안 통기되지 않도록 (12.8m/h의 전체 시스템 기류) 공기는 하나의 모듈 세트 근처 통풍기로부터 다른 모듈 세트 근처 통풍기로 순환되었다. 그 후 약 10일 동안, 각 모듈이 10초 동안 25.5m3/h로 통기되고 그 후 10초 동안 통기되지 않도록 (25.5m/h의 전체 시스템 기류) 모듈이 통기되었다. 그 후 약 10일 동안, 처음 일정 기류로 회복되었다. 도 10C에 도시된 바와 같이, 각 모듈이 10초 동안 25.5m3/h로 통기되고 및 그 후 10초 동안 통기되지 않은 (25.5m/h의 전체 시스템 기류) 상태에서, 상기 박막 투과성은 250 L/m2/h/bar 이상으로 안정화된 반면, 처음 전체 시스템 기류의 비순환 기류에서의 상기 박막 투과성은 단지 약 125 L/m2/h/bar에서 안정화되었다.
실시예 4
각 2개의 ZW 500 박막 모듈을 포함한 각 3개의 장치는 박막 바이오리액터에서 다양한 유속으로 작동되었다. 장치 1은 26 L/m2/h 및 51 L/m2/h으로 작동하는 모듈을 가진다. 장치 2는 31 L/m2/h 및 46 L/m2/h으로 작동하는 모듈을 가진다. 장치 3은 34 L/m2/h 및 51 L/m2/h 으로 작동하는 모듈을 가진다. 상기 장치들은 모듈당 42.5 m3/h에서 비순환 통기로 처음 약 10일 동안 작동되었다(85 m3/h의 전체 시스템 기류). 투과율은 장치 1에 대해 250과 275 L/m2/h/bar사이, 장치 2에 대해 200과 225 L/m2/h/bar 사이 및 장치 3에 대해 150과 175 L/m2/h/bar 사이로 감소되어 안정화되었다. 두 번째 약 14일 동안, 61.2 m3/h의 전체 시스템 기류는 모듈 아래 통풍기에 10초 동안 및 그 후 모듈 측부 통풍기에 10초 동안 적용되었다. 상기 조건하에, 투과율은 장치 1에 대해 350과 375 L/m2/h/bar 사이 및 장치 2와 장치 3에 대해 325와 350 L/m2/h/bar 사이로 증가되어 안정화되었다.
실시예 5
6개의 ZW 500 모듈의 카세트가 하수를 처리하기 위해 사용되었다. 일반적으로 일정한 다른 공정 파라미터를 유지하는 동안, 통기는 변화되고 모듈의 투과율은 도 11에 도시된 바와 같이 정기적으로 측정되었다. A 기간에서, 공기의 255 m3/h는 연속적이고 균일하게 모듈로 공급되었다. B 기간에서, 공기의 184 m3/h는 모듈 아래 통풍기에 10초 동안 및 그 후 모듈 측부 통풍기에 10초 동안 적용되었다. C 기간에서, 동일한 통기 체제가 사용되었지만, 모듈 둘레 덮개가 변경되었다. D 기간에서, 공기의 184 m3/h는 모듈의 첫 번째 세트 근처 통풍기에 10초 동안 및 그 후 모듈의 두 번째 세트 근처 통풍기에 10초 동안 적용되었다. E 기간에서, 204 m3/h의 공기가 10초 동안 모든 모듈에 균일하게 적용되었고 그 후 10 초동안 상기 모듈에 공기가 공급되지 않았다. F 기간에서, 306 m3/h는 10초 동안 모든 모듈에 균일하게 적용되었고 그 후 10초 동안 상기 모듈에 공기가 공급되지 않았다. G 기간에서, 153 m3/h는 모듈의 첫 번째 세트 근처 통풍기에 적용되었고 그 후 모듈의 두 번째 세트 근처 통풍기에 10초 동안 적용되었다.
실시예 6
단일 ZW 500 박막 모듈은 표면수를 공급하기 위해 사용되었다. 다른 공정 파라미터를 일정하게 유지하면서, 상기 모듈은 다양한 통기하에 작동되었고 투과율은 정기적으로 기록되었다. 첫 번째 상기 모듈은 (a) 20.4 m3/h와 (b) 25.5m3/h에서 일정한 통기로 작동되었다. 투과율이 처음에 감소된 후, 투과율은 각각 (a) 약 200 L/m2/h/bar 및 (b) 275와 300L/m2/h/bar 사이로 안정화되었다. 첫 번째 실험에서, 통기는 2분 동안 25.5 m3/h, 그 후 2분 동안 중단된 상태로 모듈에 적용되었다. 상기 시험에서, 투과율은 빠르게 감소되었고 허용 가능한 수준으로 지속될 수 없었다. 그러나, 다른 실험에서 통기는 30초 동안 25.5 m3/h 및 그 후 30초 동안 8.5 m3/h로 모듈에 적용되었다. 상기 실험에서, 초기에는 투과율이 역시 감소하였으나 그 후 275와 300 L/m2/h/bar 사이로 안정화되었다.

Claims (36)

  1. 탱크 내의 탱크수에 침지된 하나 이상의 여과 박막을 구비하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법에 있어서,
    가스의 흐름이 박막을 지나 위로 유동하는 버블을 생성하여 박막의 오염을 세정하거나 방지하고, 고유속과 저유속 사이에서 지속 시간 120초 이하의 반복 사이클로 가스 흐름이 번갈아 변화하는 통기 방식 하에서 상기 박막 모듈이 작동되고, 상기 저유속은 상기 고유속의 절반 미만인 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반복 사이클은 지속 시간이 10초 이상인 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반복 사이클은 지속 시간이 20초 이상인 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반복 사이클은 지속 시간이 20초와 60초 사이인 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반복 사이클은 지속 시간이 20초와 40초 사이인 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저유속은 공기 오프 상태(air-off condition)인 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고유속은 0.013m/s와 0.15m/s 사이의 겉보기 속도에 상당하는 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제1 통풍기와 함께 수평면에 산재된 제2 통풍기에 의하여 버블이 생성되고, 상기 제1 통풍기가 고유속의 가스를 수용하는 동안에 상기 제2 통풍기는 저유속의 가스를 수용하고, 상기 제2 통풍기가 저유속의 가스를 수용하는 동안에 상기 제1 통풍기는 고유속의 가스를 수용하는 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    중공 섬유 박막의 스케인(skein)을 포함하는 박막 모듈을 통기시키기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 흐름의 고유속은 사이클의 지속 시간의 약 절반 동안 제공되는 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 흐름은 흐름의 고유속과 저유속 사이에서 순간적으로 번갈아 변화하는 것을 특징으로 하는 박막 모듈의 오염을 세정하거나 방지하는 방법.
  12. (a) 복수 개의 개별 분관을 구비한 가스 전달 네트워크와,
    (b) 가스 분배 시스템의 개별 분관과 유체 연통하고 박막 모듈 아래에 장착 가능한 하나 이상의 통풍기와,
    (c) 초기 유속으로 초기 가스 흐름을 제공하기 위한 가스 공급부와,
    (d) 가스 공급부와 유체 연통하고 가스 분배 시스템의 개별 분관과 유체 연통한 개별 유출구를 구비한 밸브 세트내의 하나 이상의 밸브
    를 구비하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크 내의 탱크수를 통기하는 장치에 있어서,
    상기 밸브 세트내 하나 이상의 밸브는,
    (ⅰ) 가스 분배 시스템의 개별 분관들 중 하나 이상이 높은 유속의 가스를 수용하고 가스 분배 네트워크의 개별 분관들 중 다른 하나 이상이 낮은 유속으로 가스를 수용하고, 저유속이 고유속의 절반 미만이 되도록 초기 가스 흐름을 분리하고,
    (ⅱ) 가스 전달 네트워크의 분관 또는 분관들이 지속 시간 120초 이하의 반복 사이클로 고유속 및 저유속의 가스를 교대로 수용하도록,
    자동적으로 작동되는 밸브 세트 제어기에 기계적 또는 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크 내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 밸브 세트내 하나 이상의 밸브는, 가스 전달 네트워크의 분관 또는 분관들이 지속 시간 20초 내지 60초의 반복 사이클로 고유속 및 저유속의 가스를 자동적으로 교대로 수용하도록, 밸브 세트 제어기에 기계적 또는 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 밸브 세트내 하나 이상의 밸브는, 가스 전달 네트워크의 분관 또는 분관들이 지속 시간 20초 내지 120초의 반복 사이클로 고유속 및 저유속의 가스를 자동적으로 교대로 수용하도록, 밸브 세트 제어기에 기계적 또는 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 밸브 세트내 하나 이상의 밸브는, 가스 전달 네트워크의 분관 또는 분관들이 지속 시간 20초 내지 60초의 반복 사이클로 고유속 및 저유속의 가스를 자동적으로 교대로 수용하도록, 밸브 세트 제어기에 기계적 또는 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 밸브 세트내 하나 이상의 밸브는, 가스 전달 네트워크의 분관 또는 분관들이 지속 시간 20초 내지 40초의 반복 사이클로 고유속 및 저유속의 가스를 자동적으로 교대로 수용하도록, 밸브 세트 제어기에 기계적 또는 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 전달 시스템의 첫 번째 개별 분관과 결합된 통풍기는 가스 전달 시스템의 두 번째 개별 분관과 결합된 통풍기와 수평면에 산재하고, 인접하는 통풍기들은 가스 전달 시스템의 다른 개별 분관과 유체 연통하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 박막 모듈은 중공 섬유 박막의 스케인을 포함 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  19. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 박막 모듈은 상부 헤더와 하부 헤더 사이에 수직으로 향한 중공 섬유 박막의 직사각형 스케인을 구비하고, 상기 통풍기는 직사각형 스케인의 헤더에 평행하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 잠긴 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  20. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 0.013m/s 내지 0.15m/s의 가스 흐름을 수용하는 상기 통풍기에 대한 겉보기 속도에 상당하는 고유속을 생성하기 위한 크기로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  21. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 저유속은 공기 오프 조건인 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  22. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 밸브 세트 및 밸브 세트 제어기는, 상기 가스 분배 시스템의 각 개별 분관의 유속에 일반적으로 스퀘어형인 변화를 생성하기 위하여, 갑작스러운 전환을 수행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  23. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 분배 시스템의 2개의 개별 분관이 존재하는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 밸브 세트 제어기는, 각 분관이 각 사이클의 약 절반 동안 고유속의 가스를 수용하도록, 자동적으로 밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
  25. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 통풍기는, 가스가 저유속으로 공급될 때에, 물이 유입되는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 수중 박막 모듈을 포함하는 탱크내의 탱크수를 통기하기 위한 장치.
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