KR100661935B1

KR100661935B1 - 중공사막 모듈, 중공사막 모듈 유닛 및 이를 이용한 막여과 장치와, 그 운전 방법

Info

Publication number: KR100661935B1
Application number: KR1020057004968A
Authority: KR
Inventors: 사또시 다께다; 마스미 고바야시; 신야 스에요시; 마사또시 가마따; 이꾸오 기노시따; 요시히또 나까하라
Original assignee: 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2006-12-28
Also published as: KR20050054957A; JPWO2004028672A1; US7491329B2; US20070029258A1; CN1684755A; WO2004028672A1; CN100354032C; TW200404600A; TWI296205B; JP4445862B2; US7294267B2; US20090101579A1; US20050161389A1; HK1076065A1

Abstract

세정성이 우수한 시트 형상 중공사막을 이용한 모듈에 있어서 막 면적을 늘린 경우라도, 중공사막 고정부의 내압성이 저하되지 않는 중공사막 모듈, 상기 모듈을 이용한 중공사막 모듈 유닛 및 상기 유닛을 이용한 막 여과 장치와, 그 운전 방법을 제공한다. 중공사막 막 모듈은 복수의 시트 형상 중공사막(1)과, 상기 복수의 시트 형상 중공사막(1)을, 그 단부 중 적어도 한 쪽을 개구 상태로 보유 지지한 채로, 개략 평행하게 고정하는 고정 부재(2)를 구비하고, 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 노출되는 측의 단부면 형상이 개략 직사각형이며, 또한 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 개구되는 측의 단부면 형상이 개략 원형으로 되어 있다.

중공사막, 고정 부재, 하우징, 직방체부, 원통부, 판형 부재

Description

중공사막 모듈, 중공사막 모듈 유닛 및 이를 이용한 막 여과 장치와, 그 운전 방법{HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE, HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE UNIT, MEMBRANE FILTERING DEVICE USING THE MODULE UNIT, AND METHOD OF OPERATING THE MEMBRANE FILTERING DEVICE}

본 발명은 상수의 정화, 하배수의 정화, 공업 프로세스 등에 이용되는 중공사막 모듈, 중공사막 모듈 유닛, 막 여과 장치(막 여과 시스템) 및 그 운전 방법에 관한 것이다.

막 모듈을 이용한 물의 여과는 분리 성능이 우수하고, 콤팩트한 장치 구성으로 대량 또한 연속적인 처리를 할 수 있으므로, 여러 가지 용도로 행해지고 있다.

막 모듈에는, 정밀 여과 모듈이나 한외 여과 모듈, 역 침투 모듈 등이 있고, 분리 대상 물질에 맞추어 적절하게 선정되어 사용되고 있다. 예를 들어, 정밀 여과 모듈은 10 ㎛ 이하, 특히 1 ㎛ 이하의 미립자나 미생물을 효율적으로 제거할 수 있어, 상수나 하배수의 정화에 많이 이용되고 있다.

정밀 여과 모듈은 막 면적을 늘리면서 취급을 용이하게 하기 위해, 중공사막을 원통형이나 스크린 형상으로 배치한 중공사막 모듈이나 평막을 플리츠 형상으로 접고, 원통형으로 배치한 플리츠형 막 모듈이나, 평막을 스크린 형상으로 배치한 평형막 모듈로서 이용되고 있다.

그 중에서도, 중공사막 모듈은 단위 용적당 막 면적을 크게 할 수 있어 바람직하게 이용되고 있다.

중공사 정밀 여과막 모듈을 이용하여 여과를 행하면, 막의 미세 구멍에 의해 수중의 현탁 물질이나 세균류 등이 제거되어 청징한 여과수를 얻을 수 있다. 그러나, 장시간 연속하여 여과를 행하면, 미세 구멍이 폐색되어 여과 수량의 저하나 여과 압력의 상승이 발생하고, 막 모듈을 빈번하게 교환할 필요를 발생시켜 경제성에 문제가 있었다.

그래서, 수중의 막면 폐색 물질에 의한 막 모듈의 조기 눈 막힘을 방지하기 위해, 예를 들어 외압식 중공사막 모듈인 경우, 중공사막의 내부로부터 외부로 여과수를 반대로 통과시키는 역세정이나, 중공사막의 외부에 에어를 공급하여 막을 요동시키는 스크러빙 세정이나, 이들을 조합시킨 세정 등을 정기적으로 실시하고, 중공사막의 외부에 부착한 막면 폐색 물질을 박리시킴으로써, 여과 성능을 회복시키는 조작이 행해진다.

중공사막 모듈은, 단위 용적당 중공사막 개수를 늘려 막 면적을 늘릴 수 있지만, 중공사막을 원통형으로 수렴 배치하여 막 면적을 늘리면, 세정할 때에 스크러빙 에어나 역세정수가 통과하기 어려워 세정 효과를 발휘하기 어렵다. 그래서, 중공사막을 시트 형상으로 배열하여 중공사막에 간격을 두고 균일하게 배치하면, 막 표면을 균일하게 세정할 수 있어 높은 오탁수의 여과에도 적용이 가능해진다.

중공사막 모듈은, 예를 들어 상수의 정화에 있어서는 처리량이 1만 ㎥/d를 넘는 대규모인 처리 시설에도 이용되고 있다. 이 경우, 막 면적을 늘리기 위해 다수의 중공사막 모듈이 사용되지만, 예를 들어 중공사막 모듈을 모두 배치하여 유닛화하는 경우, 각 중공사막 모듈의 단부에 배치된 고정 부재 및 집수부의 크기나 형상에 따라서, 어디까지 근접하여 배치할 수 있는지 규제된다.

예를 들어, 중공사막의 한 쪽 단부 혹은 양쪽 단부가 하우징 내의 고정 부재로 개구 상태를 유지하면서 고정되어 있고, 중공사막이 고정 부재로부터 노출되는 쪽의 고정 부재면의 면적을 A, 중공사막이 개구되어 있는 고정 부재 단부면의 면적을 B로 하였을 때, 100 ≥ A/B ≥ 1.2를 충족시키는 중공사막 모듈이 제안되어 있다(일본 특허 공개 평7-178320호 공보 참조).

이 모듈은, 시트 형상의 중공사막을 가늘고 긴 직사각형으로 성형된 고정 부재로 고정하고 있다. 이 때, 중공사막이 노출되는 쪽의 고정 부재의 폭이 집수관의 외경이나 접속부보다 크고, 집수관 등이 서로 간섭하지 않으므로, 고정 부재의 측면끼리가 접하도록 모듈을 병렬 배치할 수 있으므로, 중공사막의 집적도를 그다지 저하시키지 않고, 중공사막 전체를 균등하게 스크러빙 세정하는 것이 가능하다.

하나의 고정 부재로 고정하는 시트 형상 중공사막은, 많을수록 전체의 중공사막의 집적도는 향상되고, 또한 중공사막 면적당 가공 비용이 저하된다. 그러나, 가늘고 긴 직사각형으로 형성된 고정 부재로 고정할 수 있는 중공사막의 양은 한정된다. 그 한편, 고정할 수 있는 중공사막량을 늘리기 위해 고정 부재의 직사각형의 폭을 확대하여 크게 하면, 내압성이 극단적으로 저하되는 문제가 있다.

또한, 복수의 시트 형상 중공사막을 배열하여 하나의 원통형 하우징 단부에 고정 부재로 고정함으로써, 중공사막의 집적도를 높이면서 시트 형상 중공사막 사이의 간격을 유지하여 세정성을 양호하게 한 중공사막 모듈이 알려져 있다(예를 들어 일본 특허 공개 제2000-51670호 공보 참조).

그러나 이 모듈은, 원통 형상의 하우징 내부에 시트 형상 중공사막을 배열하고 있으므로, 원통의 중앙부에 비해 단부에 고정되는 시트 형상 중공사막의 폭이 짧아지고, 중공사막의 집적도가 저하되는 경향이 있었다.

또한, 중공사막 다발을 복수로 분할하고, 양단부 포팅부의 중간 부근에서 지지체에 의해 폭을 넓혀 고정하여 세정성을 향상시킨 중공사막 모듈이 알려져 있다(예를 들어 일본 특허 공개 평6-99038호 공보 참조).

그러나 이 모듈은, 양단부 포팅부의 중간 부근에서 지지체에 의해 폭을 넓혀 고정하고 있기 때문에, 중공사막의 집적도가 저하되고, 또 포팅부 부근의 세정성이 부족해지는 경우가 있었다.

다음에, 중공사막 모듈이 대규모인 처리 시설에 이용되는 경우에는, 막 면적을 늘리기 위해 침지 수조 내에 다수의 중공사막 모듈을 설치하여 사용된다. 중공사막 모듈은 침지 수조 내를 유효하게 이용하기 때문에, 복수열 및 복수단에 설치된다.

그러나, 이 경우 상당히 많은 배관 스페이스나 작업 스페이스가 필요해지고, 유효하게 이용할 수 없는 스페이스가 생기는 문제가 있었다. 그로 인해, 정기적인 세정에 의해 발생하는 세정 배수가 필요 이상으로 많아져 물 회수율이 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 세정성이 우수한 시트 형상 중공사막을 이용한 모듈에 있어서, 막 면적을 늘린 경우라도 중공사막 고정부의 내압성이 저하되는 일이 없는 중공사막 모듈 및 중공사막의 집적도를 향상시킨 중공사막 모듈 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 중공사막 모듈 유닛을 이용한 막 여과 장치 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉 본 발명의 제1 요지는 복수의 시트 형상 중공사막(1)과, 상기 복수의 시트 형상 중공사막(1)을 그 단부 중 적어도 한 쪽을 개구 상태로 보유 지지한 채로, 개략 평행하게 고정하는 고정 부재(2)를 구비하고, 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 노출되는 쪽의 단부면 형상이 개략 직사각형이며, 또한 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 개구되는 쪽의 단부면 형상이 개략 원형인 중공사막 모듈이다.

이와 같이, 본 발명의 제1 요지에 의한 중공사막 모듈은 고정 부재(2)의 중공사막이 노출되는 쪽의 단부면 형상이 개략 직사각형이며, 또한 고정 부재(2)의 중공사막이 개구되는 쪽의 단부면 형상이 개략 원형이기 때문에, 세정성이 우수한 시트 형상 중공사막을 이용한 모듈에 있어서 막 면적을 크게 한 경우라도, 중공사막 고정부의 내압성이 저하되지 않는다.

상기 고정 부재(2)는 중공사막이 노출되는 쪽에 형상이 개략 직방체인 직방체부(3)와, 중공사막이 개구되는 쪽에 형상이 개략 원통인 원통부(4)를 가지면, 내압성, 세정성, 중공사막의 집적도를 모두 양호하게 할 수 있으므로 바람직하다.

또, 상기 원통부(4)의 직경을 D(㎜), 원통의 길이를 L(㎜)로 하였을 때,

0.2 ≤ L/D ≤ 1.0의 관계 식을 만족하면, 보다 바람직하다.

또한, 상기 직방체부(3)의 중공사막이 노출되는 단부면의 긴 변부의 길이를 W(㎜)로 하고, 상기 원통부(4)의 직경을 D(㎜)로 하였을 때,

1.0 ≤ W/D ≤ 2.0의 관계 식을 만족하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 제2 요지는, 상기 중공사막 모듈이 복수개 배치되어 이루어지는 동시에, 시트 형상 중공사막(1)의 시트면에 수직인 측면에, 상기 원통부(4)가 관통되는 구멍을 갖는 판형 부재(5)를 마련하고, 상기 판형 부재(5)에 의해 중공사막 모듈이 위치 고정되어 이루어지는 중공사막 모듈 유닛이 있다.

이와 같이, 본 발명의 제2 요지에 의한 중공사막 모듈 유닛은 원통부(4)가 관통되는 구멍을 갖는 판형 부재(5)를 마련하고, 판형 부재(5)에 의해 중공사막 모듈이 위치 고정되어 있기 때문에, 간편하면서 확실하게 고정할 수 있는 동시에, 중공사막의 집적도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 원통부(4)와, 이에 결합하는 집수 캡(6)으로, 상기 판형 부재(5)를 끼워 넣어 고정하면 간편하면서 확실하게 고정할 수 있으므로 바람직하다.

상기 원통부(4)와, 상기 집수 캡(6)이 나사 결합에 의해 고정되어 이루어지면, 보다 간편하게 제거할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 상기 중공사막 모듈 유닛이 복수개, 연직 방향으로 거듭 배치되는 동시에,

상기 시트 형상 중공사막(1)의 시트면이 연직 방향이 되도록 배치되고, 또한 연직 방향으로 인접하는 상기 집수 캡(6)끼리가, 연직 방향으로 신장하는 집수 부재(7)에 의해 연결되고,

상기 시트 형상 중공사막(1)의 시트면에 평행한 측면에 사이드 프레임(21)이 배치되어 있으면, 적은 설치 면적으로 중공사막의 집적도를 올릴 수 있으므로 바람직하다.

이 때, 연직 방향으로 인접하는 중공사막 모듈의 시트 형상 중공사막(1)끼리의 연직 방향의 간격이 70 ㎜ 이하이면, 중공사막의 세정 효율이 양호하게 되므로 바람직하다.

본 발명의 제3 요지는, 막 모듈 유닛을 수조 내에 배치한 막 여과 장치이며,

상기 막 모듈 유닛은 복수의 중공사막 모듈로 이루어지고,

상기 중공사막 모듈은 복수의 시트 형상 중공사막(1)과, 상기 복수의 시트 형상 중공사막(1)을 그 단부 중 적어도 한 쪽을 개구 상태로 보유 지지한 채로, 개략 평행하게 고정하는 고정 부재(2)를 구비하고, 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 노출되는 쪽의 단부면 형상이 개략 직사각형이며, 또한 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 개구되는 쪽의 단부면 형상이 개략 원형인 중공사막 모듈로 이루어지고,

상기 막 모듈 유닛의 막 면적을 S(㎡), 상기 막 모듈 유닛의 투영 면적을 A(㎡), 상기 막 모듈 유닛의 용적을 V'(㎥), 상기 수조의 용적을 V(㎥)로 하였을 때, 이하의 3개의 관계 식을 만족하는 막 여과 장치이다.

1000 ≤ S/A ≤ 2000 … 식 (1)

500 ≤ S/V' ≤ 800 … 식 (2)

0.70 ≤ V'/V ≤ 0.99 … 식 (3)

또, 본 발명의 제4 요지는 막 모듈 유닛을 수조 내에 배치한 막 여과 장치의 운전 방법이며,

상기 막 모듈 유닛을 복수의 중공사막 모듈로 구성하고,

상기 중공사막 모듈을 복수의 시트 형상 중공사막(1)이 그 단부 중 적어도 한 쪽이 개구 상태를 보유 지지한 채로, 고정 부재(2)에 의해 개략 평행하게 고정되는 동시에, 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 노출되는 쪽의 단부면 형상이 개략 직사각형이며, 또한 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 개구되는 쪽의 단부면 형상이 개략 원형인 중공사막 모듈로 이루어지도록 구성하고,

상기 막 모듈 유닛의 막 면적을 S(㎡), 여과 유속을 J(m/d), 여과 시간을 T(h), 배수 사이클수를 N(회), 배수량을 D(㎥), 역세정 유속을 J'(m/d), 역세정 시간을 T'(h)로 하였을 때, 이하의 관계 식을 만족하는 막 면적(S), 여과 유속(J), 여과 시간(T), 배수 사이클수(N), 배수량(D), 역세정 유속(J'), 역세정 시간(T')을 설정하여 상기 막 여과 장치를 운전하는 막 여과 장치의 운전 방법이다.

N ≥ 22.8D/{S(0.05JT - J'T')} … 식 (4)

이러한 본 발명의 막 여과 장치 및 이러한 운전 방법이 적용되는 막 여과 장치는 매우 콤팩트하면서 막 면적이 크고, 게다가 세정성이 우수하므로 장기간에 걸쳐 안정적으로 여과를 행할 수 있다.

도1은 본 발명의 중공사막 모듈의 일예를 도시하는 사시도이다.

도2는 본 발명의 중공사막 모듈에 있어서의 고정 부재의 일예를 도시하는 단면도이다.

도3은 본 발명의 중공사막 모듈에 있어서의 고정 부재의 일예를 도시하는 사시도이다.

도4는 본 발명의 중공사막 모듈에 있어서의 고정 부재의 다른 일예를 도시하는 단면도이다.

도5는 본 발명의 중공사막 모듈의 다른 일예를 도시하는 사시도이다.

도6은 본 발명의 중공사막 모듈 유닛의 일예를 도시하는 사시도이다.

도7은 본 발명의 중공사막 모듈 유닛의 위치 고정부의 일예를 도시하는 단면도이다.

도8은 본 발명의 중공사막 모듈 유닛을 연직 방향으로 적층되었을 때 일예를 도시하는 정면도이다.

도9는 본 발명의 막 여과 장치의 일예를 도시하는 흐름도이다.

도10은 본 발명의 막 여과 장치에 있어서의 침지 수조 바닥면의 일예를 도시하는 개념도이다.

이하, 도면을 바탕으로 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도1은, 본 발명의 중공사막 모듈의 일예를 도시하는 사시도이다.

중공사막 모듈(A)은 시트 형상 중공사막(1), 고정 부재(2), 집수 캡(6)으로부터 개략 구성된다. 시트 형상 중공사막(1)이 등간격에 의해 복수 평행하게 배치 되고, 그 양단부가 개구 상태를 유지한 채로 고정 부재(2)에 의해 고정되고, 고정 부재(2)에는 집수 캡(6)이 장착되어 있다.

도2는, 본 발명의 중공사막 모듈의 중공사막 고정부의 일예를 도시하는 도면 이며, 시트 형상 중공사막의 시트면에 수직인 방향에 있어서의 단면도이다.

시트 형상 중공사막(1)은 등간격에 의해 복수 평행하게 배치되어 있고, 그 단부는 고정 부재(2)에 의해 고정되어 있다.

고정 부재(2)는 시트 형상 중공사막(1)의 노출측 단부면 형상이 개략 직사각형이며, 중공사막 개구단부측의 형상이 개략 원형으로 되어 있다. 시트 형상 중공사막(1)이 개구되는 쪽의 고정 부재(2)의 단부면 형상이 원통형인 경우, 직방체인 경우보다도 굴곡이 작고 응력이 분산되므로, 그 내압 성능은 매우 높아진다. 따라서 이러한 형상으로 함으로써, 시트 형상 중공사막을 수많이 배치한 경우라도, 중공사막의 집적도, 세정성, 내압성을 모두 양호하게 하는 것이 가능해진다.

이 때, 고정 부재(2)의 형상은, 예를 들어 시트 형상 중공사막(1)이 노출되는 쪽으로부터 개구 단부면측을 향해 연속적으로 변화하는 형상이라도 상관없다. 그러나, 도1, 도2에 도시한 바와 같이 고정 부재(2)는 중공사막이 노출되는 쪽에 형상이 개략 직방체인 직방체부(3)와, 중공사막이 개구되는 쪽에 형상이 개략 원통인 원통부(4)를 갖도록 하면, 이하의 3점이 우수한 효과를 동시에 얻는 것이 가능해진다.

1. 하나의 고정 부재(2)의 직방체부(3)에 다수의 시트 형상 중공사막(1)을, 간격을 유지하면서 고정할 수 있으므로, 세정성이 우수하다.

2. 복수의 중공사막 모듈(A)을 배열하는 데 있어서, 직방체부(3)의 측면끼리 중합시킴으로써, 불필요한 공간을 사용하지 않고 중공사막의 집적도를 매우 높은 상태로 할 수 있다.

3. 고정 부재(2)의 중공사막이 개구되는 쪽이 원통부(4)로 되어 있기 때문에, 내압성을 매우 높게 할 수 있다.

고정 부재(2)의 원통부(4)는 원통의 중심축에 수직인 단면 형상이 완전한 원형일 필요는 반드시 없으며, 타원 형상이라도 잠두콩형이라도 좋고, 또한 예를 들어 12각형이나 16각형과 같은 원에 가까운 다각형으로 할 수도 있지만, 원형인 것이 가장 바람직하다.

그리고, 원통부(4)의 직경을 D(㎜), 통 중심축 방향의 길이를 L(㎜)로 하였을 때,

0.2 ≤ L/D ≤ 1.0의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

중공사막 고정부의 내압성은 원통부(4)의 L/D의 영향을 크게 받는다. L/D가 0.2를 하회하면 내압성이 부족하기 때문에, L/D의 하한은 0.2 이상이며, 0.25 이상이 보다 바람직하다. 한편, L/D가 1.0을 넘으면 중공사막 유효부의 손실이 많아지기 때문에, L/D의 상한은 1.0 이하이며, 0.8 이하가 보다 바람직하다.

또, 여기서 말하는 원통부(4)의 직경(D)이라 함은, 원통부(4)의 단면이 진원이 아닌 경우에는, 가장 긴 부분의 직경을 말한다.

원통부(4)의 L이나 D의 치수는, 중공사막 모듈의 사이즈에 맞추어 적절하게 선정하면 좋지만, D가 지나치게 작으면 시트 형상 중공사막(1)의 배열이 곤란하게 되기 때문에, D의 하한으로서는 30 ㎜ 이상이 바람직하고, 50 ㎜ 이상이 보다 바람직하다. 한편, D가 지나치게 크면 모듈의 가공성이 저하되거나, 내압성이 부족해지는 경우가 있으므로, D의 상한은 400 ㎜ 이하가 바람직하고, 300 ㎜ 이하가 보다 바람직하다.

또한, L이 지나치게 작으면 내압성이 부족해지기 때문에, 하한은 10 ㎜ 이상이 바람직하고, 50 ㎜ 이상이 보다 바람직하다. 한편, L이 지나치게 크면 중공사막 유효부의 손실이 많아 물을 통과시키는 저항도 증가하기 때문에, L의 상한은 300 ㎜ 이하가 바람직하고, 200 ㎜ 이하가 보다 바람직하다.

도3은, 본 발명의 중공사막 모듈의 중공사막 고정부의 일예를 도시하는 사시도이다. 본 발명의 중공사막 모듈(A)은 중공사막이 노출되는 단부면의 긴 변부의 길이를 W(㎜), 원통부(4)의 직경을 D(㎜)로 하였을 때,

1.0 ≤ W/D ≤ 2.0의 관계를 만족하는 것이다.

D에 대해 W를 크게 함으로써, 중공사막 고정부의 내압성을 저하시키는 일 없이 중공사막 모듈의 막 면적을 늘릴 수 있다. 그러나, W/D가 지나치게 크면, 시트 형상 중공사막의 교축이 강해지므로, 시트 형상 중공사막의 정렬이 곤란해지고, 중공사막의 유효 길이가 중공사막 시트마다 변동되는 문제를 발생시킨다. 또한, 적층된 시트 형상 중공사막 중 외층에 위치하는 것은 직방체부(3)의 내부에 매몰하는 중공사막 길이가 증가되므로 물을 통과시키는 저항이 커지는 문제도 있다. 따라서 W/D의 상한은 2.0 이하이며, 1.8 이하가 보다 바람직하다.

한편, W/D가 지나치게 작으면, 가공은 용이하게 되지만 내압성이 저하되는 문제가 생긴다. 따라서 W/D의 하한은 1.0 이상이며, 1.2 이상이 보다 바람직하다.

W는 중공사막 모듈의 막 면적에 맞추어 적절하게 선정하면 좋지만, W가 지나치게 작으면 모듈막 면적을 크게 취하기 어렵기 때문에, W의 하한은 40 ㎜ 이상 이며, 80 ㎜ 이상이 보다 바람직하다.

한편, W가 지나치게 크면, 모듈의 가공성이 저하되어 바람직하지 못하므로, W의 상한으로서는 500 ㎜ 이하이며, 보다 바람직하게는 400 ㎜ 이하이다.

또, 도3에 있어서는 직방체부(3)의 세로 방향 쪽이 긴 경우에 대해, W를 도시하였지만 가로 방향(시트 형상 중공사막 적층 방향) 쪽이 긴 경우에는 가로 방향을 W로 한다.

직방체부(3)의 중공사막 섬유 축 방향의 길이에 대해서는 중공사막의 유효 길이, 외경, 시트 형상 중공사막의 폭 등에 의해 중공사막의 배치 형상이 변화되므로, 적절하게 선정하면 좋다. 그러나, 직방체부(3)의 중공사막 섬유 축 방향의 길이가 너무 짧으면, 등간격에 의해 복수 배치된 시트 형상 중공사막을 직방체로부터 원통에 수렴하기 어려우므로, 직방체부(3)의 중공사막 섬유 축 방향의 길이의 하한으로서는 5 ㎜ 이상이 바람직하고, 10 ㎜ 이상이 보다 바람직하다.

한편, 직방체부(3)의 중공사막 섬유 축 방향의 길이가 지나치게 길면 중공사막 유효부의 손실이 많아지는 동시에, 여과에 관여하지 않는 부위가 증가되어 물을 통과시키는 저항이 증가되므로, 직방체부(3)의 중공사막 섬유 축 방향의 길이의 상한으로서는 100 ㎜ 이하가 바람직하고, 70 ㎜ 이하가 보다 바람직하고, 50 ㎜ 이하가 더욱 바람직하다.

중공사막으로부터 취출한 여과액을 저장하기 위해, 원통부(4)에는 집수 캡(6)이 배치된다. 집수 캡(6)의 장착은 원통부(4)의 외주에 설치된 나사(8)와, 집수 캡(6)에 설치된 나사(8)를 결합시키고, O링 등의 밀봉 부재(9)로 밀봉하도록 하면, 제거가 간편하면서 확실하게 밀봉할 수 있으므로 바람직하다.

도4는, 본 발명의 중공사막 모듈에 있어서의 중공사막 고정부의 다른 일예를 도시하는 도면이며, 시트 형상 중공사막의 시트면에 수직인 방향에 있어서의 단면도이다.

이 예에 있어서는, 시트 형상 중공사막(1)은 하우징(10) 내에서 고정 부재(2)에 의해 고정되어 있다.

또, 도4의 예와 같이 하우징(10)을 갖는 경우라도, 전술의 (D), (L), (W)는 하우징(10)이 없는 경우와 마찬가지로, 고정 부재(2)의 치수를 기준으로 한다.

하우징(10)을 마련하는 경우라도, 집수 캡(6)은 원통부(4)의 외주에 설치된 나사(8)와, 집수 캡(6)에 설치된 나사(8)를 결합시켜 O링 등의 밀봉 부재(9)로 밀봉하도록 하면 좋다. 또한, 집수 캡(6)은 하우징(10)과 일체로 하는 것도 가능하다. 혹은, 집수 캡(6)은 고정 부재(2)에 접착해도 상관없다.

본 발명의 중공사막 모듈은 시트 형상 중공사막(1)의 양쪽의 단부가 별도의 고정 부재(2)에 의해 고정된 구조가 바람직하게 이용된다. 중공사막 모듈의 사용에 있어서, 중공사막 외부에 원수를 공급하고, 중공사막 내부로부터 처리수를 취출하는 경우, 중공실 유효 길이가 길어지면 중공사막 내부의 물을 통과시키는 저항이 커지는 문제가 있다. 그러나, 도1에 도시한 바와 같은 중공사막의 양쪽의 단부로 부터 집수하는 구조로 함으로써, 물을 통과시키는 저항이 저하되어 중공실 유효 길이를 길게 취할 수 있다. 또한, 양쪽의 단부를 고정 부재(2)에 의해 고정함으로써, 중공사막 모듈을 유닛화하는 경우에 지지하기 쉬운 특징도 있다.

도5는, 본 발명의 중공사막 모듈의 다른 일예를 도시하는 사시도이다. 이 예의 중공사막 모듈(A)은 시트 형상 중공사막(1), 고정 부재(2), 집수 캡(6), 지지 부재(11)로부터 개략 구성된다. 시트 형상 중공사막(1)은 등간격에 의해 복수 평행하게 고정 부재(2)에 배치되고, 그 한 쪽의 단부가 고정 부재(2)에 의해 고정되고, 다른 쪽의 단부는 지지 부재(11)에 의해 지지되어 있다. 또한, 고정 부재(2)에는 집수 캡(6)이 장착되어 있다.

지지 부재(11)는 시트 형상 중공사막(1)을 등간격에 의해 복수 평행하게 지지할 수 있는 것이면, 그 구조 등 특별히 제한없이 이용할 수 있어, 예를 들어 수지를 도포하여 전체를 굳혀도 좋고, 막대 형상 및 실 형상 등의 부재에 중공사막을 고정해도 좋다. 또, 중공사막을 중앙부에서 되접어 U자 형상으로 하고, 되접힘 부분을 지지 부재(1)로 고정하도록 할 수도 있다.

이러한 한 쪽 단부로만 집수하는 방식은 중공사막의 유효 길이가 짧은 경우나 중공사막의 직경이 큰 경우에 적용할 수 있다.

처리하는 규모가 큰 경우, 복수의 중공사막 모듈을 이용하여 중공사막 모듈 유닛이라고 하면, 취급성이 우수하므로 바람직하다. 이 때, 중공사막 유닛은 세정성을 손상시키는 일 없이, 막의 집적도를 가능한 한 높게 하는 것이 바람직하다.

도6은, 본 발명의 중공사막 모듈 유닛의 일예를 도시하는 사시도이다.

중공사막 모듈 유닛(B)은 중공사막 모듈(A), 판형 부재(5), 집수 캡(6), 사이드 프레임(21)으로 개략 구성된다.

판형 부재(5)에는 4개의 구멍이 마련되어 있다. 그리고, 중공사막 모듈(A)의 시트면이 연직 방향을 향하고, 중공사막의 섬유축 방향이 수평 방향을 향하도록 원통부(4)를 이 구멍에 삽입하고, 돌출한 원통부(4)에 집수 캡(6)을 장착함으로써, 판형 부재(5)에 의해 중공사막 모듈(A)이 고정된다.

집수 캡(6)의 장착은, 전술한 바와 같이 원통부(4)와 집수 캡(6)에 설치한 나사(8)의 결합에 의해 행하면, 간편하면서 확실하게 행할 수 있다. 이 때, 도7에 도시한 바와 같이 판형 부재(5)에 마련한 구멍보다도 집수 캡(6)을 크게 함으로써, 집수 캡(6)과 판형 부재(5)에 의해 중공사막 모듈(A)의 위치 고정을 행할 수 있다.

판형 부재(5)에 중공사막 모듈(A)을 합계 4개 고정하고, 시트 형상 중공사막(1)의 시트면에 따른 양측면으로부터 사이드 프레임(21)을 장착함으로써, 중공사막 모듈 유닛(B)을 조립할 수 있다.

또, 도6의 예에서는 중공사막 모듈(A)이 4개로 이루어지는 중공사막 모듈 유닛(B)을 예시하였지만, 필요에 따라 개수는 조정할 수 있다.

사이드 프레임(21)은 중공사막 모듈 유닛(B)의 형상을 유지하는 기능과, 스크러빙 에어를 밖으로 누설하는 일 없이 중공사막에 집중시키는 기능을 갖는다.

사이드 프레임(21)의 예로서는, 스테인레스강 등의 강성 및 강도를 갖는 판을 이용할 수도 있지만, 스테인레스강 등의 틀에 수지 및 경합금 등의 판을 부착한 것을 이용하면, 강도를 유지한 채로 경량화할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 투 명 수지판을 이용하면, 외부로부터 중공사막 모듈을 눈으로 확인할 수 있어 세정성이 양호하게 유지되고 있는지 여부 확인이 가능하기 때문에, 보다 바람직하다.

중공사막 모듈(A)은 고정 부재(2)의 직방체부(3)로 접하도록 간극없이 유닛화되어 있고, 스크러빙 에어를 유닛 전체에 균등하게 공급하는 것이 가능하다.

이와 같이 하여 조립된 중공사막 모듈 유닛(B)을, 또한 연직 방향 혹은 가로방향으로 복수개 배열하여 일체화하면, 처리하는 규모에 따라서 중공사막의 면적을 용이하게 조정할 수 있다.

이 때, 중공사막 모듈 유닛(B)을 배치하는 침지 수조의 깊이에 의한 제약은 있지만, 도8에 도시한 바와 같이 연직 방향으로 복수개의 중공사막 모듈 유닛(B)을 적층하여 일체화하는 것은, 설치 면적당 중공사막의 집적도를 향상시키는 관점으로부터 바람직하다. 중공사막 모듈 유닛(B)을 적층하는 단수는, 예를 들어 2 내지 10단이다. 정수장의 응집 침전지 등에 침지하는 경우, 적층하는 단수는 4 내지 6단인 것이 바람직하다.

또한, 중공사막 모듈 유닛을 연직 방향으로 적층한 것을 필요에 따라 침지 수조 내에 복수개 배열하여 사용하는 것도 가능하다.

연직 방향으로 복수개의 중공사막 모듈 유닛(B)을 적층하는 경우, 인접하는 중공사막 모듈의 시트 형상 중공사막(1)끼리의 연직 방향의 간격이 지나치게 넓히면, 스크러빙 에어가 하방에 위치하는 중공사막 모듈의 막면에 충돌시킨 후, 그 위에 위치하는 중공사막 모듈의 막면에 상승하는 데 있어서, 스크러빙 에어끼리가 합체되어 큰 직경이 되는 경향이 있다. 그 결과 분산성이 악화되어 상방에 위치하는 중공사막 모듈일수록, 막면 세정의 균일성을 유지할 수 없게 된다.

이로 인해, 시트 형상 중공사막(1)끼리의 연직 방향의 간격은 70 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 60 ㎜ 이하로 한다. 이에 의해, 스크러빙 에어가 하방에 위치하는 중공사막 모듈의 막면에 충돌한 후, 그 위에 위치하는 중공사막 모듈의 막면에 상승하는 데 있어서 분산성을 유지하기 때문에, 연직 방향으로 복수의 중공사막 모듈을 적층한 경우라도 세정성을 손상시키는 일이 없다.

또, 여기서 말하는 시트 형상 중공사막(1)끼리의 연직 방향의 간격이라 함은, 상방에 위치하는 중공사막 모듈의 시트 형상 중공사막(1)의 고정 부분의 최하 단부와, 그 바로 아래에 위치하는 중공사막 모듈의 시트 형상 중공사막(1)의 고정 부분의 최상 단부와의 간격을 말하고, 에어 스크러빙에 의해 요동함으로써, 가변하는 부위끼리의 간격을 말하는 것은 아니다.

시트 형상 중공사막(1)끼리의 연직 방향의 간격은 매우 지나치게 짧으면 중공사막끼리가 얽혀 세정성을 손상시킬 우려가 있기 때문에, 하한으로서는 20 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 30 ㎜ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

연직 방향으로 복수개의 중공사막 모듈 유닛(B)을 적층할 때는, 각각의 집수 캡(6)으로부터의 여과액을 집합시켜 취출하도록 할 필요가 있다. 이 때, 집수 캡(6)끼리 연직 방향으로 신장하는 집수 부재(7)에 의해 연결하면, 콤팩트하면서 용이하게 연결할 수 있다.

집수 부재(7)는, 예를 들어 유니온 커플링, 플랜지 커플링, 치즈 커플링, 가요성 호스, 커플링 등을 사용하고, 집수 캡(6)과 집수 부재(7) 혹은 복수의 집수 부재(7)끼리 연결하면 좋다.

집수 부재(7)의 재질은 기계적 강도 및 내구성을 갖는 것이면 좋고, 예를 들어 폴리카보네이트 수지, 폴리술폰 수지, 아크릴 수지, ABS 수지, 변성 PPE(폴리페닐렌에테르) 수지, 염화 비닐 수지, 폴리올레핀(폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등) 수지 외, 스테인레스강, 청동, 황동, 주강 등을 이용할 수 있다.

본 발명의 중공사막 모듈에 이용되는 고정 부재(2)로서는, 중공사막 및 하우징(10)과의 충분한 접착 강도를 갖고, 각 용도로 요구되는 요구 성능을 충족시키는 것을 적절하게 선정하여 사용할 수 있어, 예를 들어 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등의 열경화성 수지나, 폴리우레탄 수지, 에틸렌초산 비닐 공중합체, 폴리올레핀 수지 등의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 중공사막의 고정 방법으로서는, 열가소성 수지를 이용하는 경우에는 가열 용융시켜 유입하는 방법이나, 열경화성 수지를 이용하는 경우에는 원심력을 사용하는 방법이나 자중에 의해 유입하는 방법 등, 공지의 방법을 이용할 수 있다.

하우징(10)을 사용하는 경우, 그 재질은 각 용도의 요구 성능에 맞추어 적절하게 선정하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 변성폴리페닐렌옥사이드, ABS, 폴리염화비닐 등을 들 수 있고, 고정 부재(2)와의 접착성이 낮은 경우에는 프라이머 처리를 실시하여 사용하는 것도 가능하다.

본 발명의 중공사막 모듈에 이용되는 중공사막은 그 재질, 구멍 직경, 보이드율, 막 두께, 외경 등, 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 중공사막의 재질로서는 폴리올레핀, 폴리술폰, 폴리비닐 알코올, 셀룰로스, 폴리아크릴로니 트릴, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리테트라풀루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등을 사용할 수 있다.

중공사막을 시트 형상으로 가공하는 데 있어서, 편성하는 경우에는 가공하기 쉬운 점으로부터, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 강신도가 높은 재질의 것이 적합하게 이용된다.

또한, 물의 여과에 소수성의 중공사막을 이용하는 경우에는 친수화 처리하여 이용할 수도 있다.

또한, 중공사막의 구멍 직경은 0.001 내지 3 ㎛, 보이드율 20 내지 95 ％, 막 두께 5 내지 500 ㎛, 외경 20 내지 3000 ㎛를 예시할 수 있다.

본 발명의 중공사막 모듈(A)은, 시트 형상 중공사막(1)이 등간격에 의해 복수 평행하게 배치되어 있다. 중공사막을 시트 형상으로 배치하는 방법에 특별히 제한은 없지만, 시트 형상으로 편성한 중공사막 시트가 적합하게 이용된다. 시트 형상 중공사막을 배치하는 간격은, 원수성 형상으로 맞추어 적절하게 선정할 수 있지만, 예를 들어 2 내지 100 ㎜를 들 수 있다. 시트 형상 중공사막의 매수에 대해서도, 모듈막 면적에 맞추어 적절하게 선정할 수 있다.

도9는, 본 발명의 막 여과 장치의 일예를 도시하는 흐름도이다. 막 여과 장치는 수조(12), 중공사막 모듈 유닛(13), 산기 장치(14), 흡인 펌프(15), 약액 펌프(16), 약액 탱크(17), 역세정 펌프(18), 역세정 탱크(19), 블로어(20)로 개략 구성된다.

본 발명의 막 여과 장치는 막 모듈 유닛의 막 면적을 S(㎡), 막 모듈 유닛의 투영 면적 즉 막 모듈 유닛을 상측으로부터 보았을 때에 막 모듈 유닛이 차지하는 면적을 A(㎡), 막 모듈 유닛의 용적을 V'(㎥), 수조의 용적을 V(㎥)로 하였을 때, 이하의 3개의 관계 식을 만족한다.

1000 ≤ S/A ≤ 2000 … 식 (1)

500 ≤ S/V' ≤ 8000 … 식 (2)

0.70 ≤ V'/V ≤ 0.99 … 식 (3)

또, 상기 V'의 용적은 막 모듈 유닛의 외주 윤곽을 기준으로 하는 용적을 말하고, 막 모듈 유닛 내부의 부재가 존재하지 않는 공간도 포함하는 것이다.

본 발명의 막 여과 장치의 운전 방법을 이하 설명한다. 중공사막 모듈 유닛(13)은 수조(12)의 내부에 설치된다. 중공사막 모듈 유닛(13)은 하부에 산기 장치(14)를 구비하고 있다. 흡인 펌프(15)를 기동함으로써 여과수를 얻을 수 있고, 그 때 여과수의 일부는 역세정 탱크(19)에 저장된다. 일정 시간 여과한 후, 산기 장치(14)에 접속한 블로어(20)로부터 에어를 이용하여 스크러빙 세정을 행하는 동시에, 역세정 펌프(18)에 의해 역세정 탱크(19) 내의 여과수를 사용하여 역세정을 행한다. 그 때, 약액 탱크(17) 내의 약액이 약액 펌프(16)에 의해 역세정 수중에 중입된다. 여기서, 역세정수는 침지 수조 상부에 설치된 오버 플로 입구(도시하지 않음)로부터 침지 수조 외부로 배출된다. 또, 스크러빙 세정과 역세정은, 따로따로 행하여도 좋다.

세정 종료 후, 수조 내의 액을 수조(12)의 하부로부터 배수한다. 또, 배수는 세정마다 매회 행할 필요는 없고, 예를 들어 세정을 수회 행할 때마다 배수를 1 회 행할 수도 있다. 배수를 1회 행하기까지 실시하는 세정의 횟수를, 이후 배수 사이클수(N)라 한다. 또, 여기서 말하는 세정이라 함은, 여과를 고정시킨 후 다음 여과를 개시하기 전에 행해진 세정을 말한다.

즉, 스크러빙 세정과 역세정을 동시에 행한 경우라도, 스크러빙 세정과 역세정을 따로따로 행한 경우라도 세정의 횟수는 1회이다. 또한, 예를 들어 스크러빙 세정, 역세정, 스크러빙 세정, 역세정과 같이 복수 공정의 반복으로서 세정을 행하는 경우라도, 각각의 세정이 여과를 고정시킨 후, 다음 여과를 개시하기 전에 행해지고 있는 것이면, 세정의 횟수는 1회이다.

또 세정은 스크러빙 세정 또는 역세정 중 어느 한 쪽을 행하는 것도 가능하다. 또한, 일련의 운전 사이클 중에서, 스크러빙 세정 또는 역세정 중 어느 한 쪽을 행하거나, 양자를 조합시켜 행하거나 하는 것도 가능하다. 예를 들어, i 여과, ⅱ 스크러빙 세정, ⅲ 여과, ⅳ 역세정, ⅴ 배수라 하는 순서로 운전을 행하는 것도 가능하다. 이 예의 경우에는, 배수 사이클수는 2회이다.

다른 예로서, i 여과, ⅱ 스크러빙 세정, ⅲ 여과, ⅳ 스크러빙 세정, ⅴ 역세정, ⅵ 여과, ⅶ 스크러빙 세정과 역세정을 동시에 실시, ⅷ 배수라는 순서로 운전을 행하는 것도 가능하다. 이 예의 경우에는, 배수 사이클수는 3회이다.

도10은, 본 발명의 막 여과 장치에 있어서의 수조 바닥면의 일예를 도시하는 개념도이다. 도면 중의 실선은 수조의 내부 바닥면의 윤곽을 나타내고, 한편 도면 중의 파선은 중공사막 모듈 유닛의 외주 윤곽을 나타낸다.

여기서, 막 모듈 유닛의 면적 효율 및 용적 효율에 대해 설명한다. 면적 효 율이라 함은, 막 모듈 유닛의 막 면적(S)을 막 모듈 유닛의 투영 면적(A)[도10의 예로서는 a'(m) × b'(m)로 구해지는 면적]으로 나누어짐으로써 구해진다. 한편 용적 효율이라 함은, 상기 유닛의 막 면적(S)을 상기 유닛의 용적[V'(㎥)][도10의 예로서는 a'(m) × b'(m) × 유닛 높이(m : 도시하지 않음)로 구해지는 용적]으로 나눔으로써 구해지는 것이다.

또한, 침지 수조의 용적[V(㎥)]이라 함은, 도10의 예로서는 a(m) × b(m) × 유효 수심(m : 도시하지 않음)으로부터 구해지는 용적이다.

본 발명의 막 여과 장치에 있어서는, 중공사막 모듈 유닛의 면적 효율(S/A)이 1000 내지 2000(㎡/㎡)인 것이 바람직하고, 1100 내지 1800(㎡/㎡)인 것이 보다 바람직하다. 면적 효율은, 상기 유닛의 적층 단수를 변경함으로써 조정 가능하지만, 적층 단수가 적게 면적 효율이 1000(㎡/㎡)보다도 작으면 상기 유닛을 콤팩트하게 할 수 없다. 한편, 적층 단수가 많고 면적 효율이 2000(㎡/㎡)을 넘게 되면, 예를 들어 산기 장치를 상기 유닛의 최하부에만 설치하는 경우에는, 유닛 상부에서는 기포가 막 전체에 미치지 않게 되므로, 세정 불량이 되는 경우가 있다.

또한, 본 발명의 막 여과 장치에 있어서는 막 모듈 유닛의 용적 효율(S/V')이 500 내지 800(㎡/㎥)인 것이 바람직하고, 600 내지 700(㎡/㎥)인 것이 보다 바람직하다. 용적 효율(S/V')은 500(㎡/㎥)보다도 작으면 콤팩트하게 되지 않고, 장치가 대형화된다. 한편, 용적 효율(S/V')이 800(㎡/㎥)을 넘게 되면, 세정성이 저하된다.

또한, 본 발명의 막 여과 장치에 있어서는 침지 수조의 용적을 V(㎥), 막 모 듈 유닛의 용적을 V'(㎥)로 하였을 때, 0.70 ≤ V'/V ≤ 0.99인 것이 바람직하다. V'/V가 0.70보다도 작은 경우, 무효 공간이 커 물 회수율의 저하에 연관되고, 한편 V'/V가 0.99보다도 큰 경우, 상기 유닛을 침지 수조 내에 설치할 때에 침지 수조 내벽과의 스페이스가 작아지고, 설치할 때에 상기 유닛을 파손시킬 염려가 생긴다.

본 발명의 여과 장치의 운전 방법은 막 모듈 유닛의 막 면적을 S(㎡), 여과 유속, 즉 여과량(㎥/D)을 막 면적(S)(㎡)으로 나눈 값을 J(m/d), 여과 시간을 T(h), 배수 사이클수를 N(회), 1회당 배수량을 D(㎥), 역세정 유속, 즉 역세정량(㎥/D)을 막 면적(S)(㎡)으로 나눈 값을 J'(m/d), 역세정 시간을 T'(h)로 하였을 때, 이하의 관계를 만족한다.

N ≥ 22.8D/{S(0.05JT - J'T')}

물 회수율[Q(％)]은 이하의 식에 의해 구해진다.

Q = {(여과수량 - 역세정수량)/(원수 공급량)} × 100

= {(S × J × T/24 × N - S × J' × T'/24 × N)/(S × J × T/24 × N + D)} × 100

물 회수율[Q(％)]은 각 조건에 의해 결정되지만, 배수 사이클[N(회)]의 영향을 크게 받는다. 그래서, 물 회수율 Q(％) ≥ 95로 두고, N(회)을 구하는 경우 상기의 식은,

N ≥ 22.8D/{S(0.05JT - J'T')}가 된다.

대규모인 처리 시설에서는 배수의 절대량이 많아지고, 물 회수율은 중요해진다. 그래서, 상기의 식으로부터 N을 구하여 배수 사이클을 결정함으로써, 물 회수 율 95 ％ 이상의 높은 회수율을 달성할 수 있다.

이 때, 여과 유속[J(m/d)]을 원수 수질에 따라서 적절하게 설정할 수 있고, 여과 유속으로서는 0.25 내지 2.5 m/d인 것이 바람직하다. 여과 유속이 0.25 m/d보다도 낮은 경우, 매우 장시간의 운전이 필요해지고, 한편 여과 유속이 2.5 m/d보다도 높은 경우, 흡인 압력이 조기에 상승되는 경우가 있다.

여과 시간[T(h)]은 원수 수질에 따라서 적절하게 선정할 수 있지만, 바람직한 범위로서 15 내지 240분, 보다 바람직한 범위로서 30 내지 120분을 예시할 수 있다. 여과 시간이 15분보다도 짧은 경우, 물 회수율이나 가동률이 낮아지고, 한편 여과 시간이 180분보다도 긴 경우, 흡인 압력의 세정 회복성이 낮아지는 경우가 있다.

스크러빙의 에어량(막 모듈 유닛의 투영 면적당 에어량)에 대해서도 적절하게 선정할 수 있지만, 바람직한 범위로서 100 내지 400[N㎥/(㎡ㆍh)], 보다 바람직한 범위로서 150 내지 250[N㎥/(㎡ㆍh)]을 예시할 수 있다. 에어량이 100[N㎥/(㎡ㆍh)]보다도 적은 경우, 세정 효과가 낮아지는 경향이 있고, 한편 에어량이 400[N㎥/(㎡ㆍh)]보다도 많은 경우, 필요 에어량이 과대해지는 경향이 있다.

스크러빙 세정의 시간에 대해서도 적절하게 선정할 수 있지만, 바람직한 범위로서 1분 내지 10분, 보다 바람직한 범위로서 2 내지 5분을 예시할 수 있다. 스크러빙 세정의 시간이 1분보다도 짧은 경우, 세정 효과가 낮고, 한편 스크러빙 세정의 시간이 10분보다도 긴 경우, 가동율이 낮아진다.

역세정 유속(J')(m/d)에 대해서도 적절하게 선정할 수 있지만, 바람직한 범 위로서 여과 유속의 0.3 내지 4배, 보다 바람직한 범위로서 여과 유속의 1 내지 3배를 예시할 수 있다. 역세정 유속이 여과 유속의 0.3배보다도 낮은 경우, 세정 효과가 낮고, 한편 역세정 유속이 여과 유속의 4배보다도 많은 경우, 물 회수율이 낮아진다.

역세정 시간(T')(h)에 대해서도 적절하게 선정할 수 있지만, 바람직한 범위로서 5 내지 180초, 보다 바람직한 범위로서 10 내지 90초를 예시할 수 있다. 역세정 시간이 5초보다도 짧은 경우, 세정 효과가 낮고, 한편 역세정 시간이 90초보다도 긴 경우, 물 회수율이나 가동율이 낮아진다.

역세정 수중에 주입하는 약액은 필요에 따라서 적절하게 선정할 수 있지만, 예를 들어 차아염소산 나트륨 수용액을 들 수 있다. 주입 농도에 대해서도 적절하게 선정할 수 있지만, 바람직한 범위로서 1 내지 100 ㎎/L(역세정 수중 농도), 보다 바람직한 범위로서 2 내지 50 ㎎/L를 예시할 수 있다. 또, 약액의 주입은 반드시 행할 필요는 없고, 필요에 따라서 행하면 좋다.

배수 사이클수(N)(회)는, 상기 역세정 1회에 1회라도, 역세정 수회에 1회라도 좋고, 적절하게 선정할 수 있다. 바람직한 범위로서 역세정 1 내지 4회에 1회, 보다 바람직한 범위로서 역세정 1 내지 2회에 1회를 예시할 수 있다. 역세정 4회에 1회보다 적은 경우, 흡인 압력이 조기에 상승되는 경우가 있다.

이하, 실험예를 기초로 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

「중공사막 모듈의 제작」

<실험예 1>

중공사막으로서, 친수화 폴리에틸렌 다공질 중공사막(미쯔비시레이온(가부시끼가이샤)제, 상품명 : EX540T, 내경 350 ㎛, 외경 540 ㎛, 재질 : 폴리에틸렌)을 이용하고, 중공사막 16개를 1 다발로 하여 되접으면서 휘감치는 실로 엮고, 시트 형상 중공사막을 제작하였다(편물 폭 : 950 ㎜, 실 다발수 : 70).

이 시트 형상 중공사막(매수 27매)을 피치 6 ㎜(피치라 함은 시트 형상 중공사막의 센터 사이의 길이를 나타냄)가 되도록 편물지 스페이서를 장착하면서 적층하고, 한 쪽의 단부를 중공사막 노출측 단부가 직방체이고, 중공사막 개구측 단부가 원통의 형상을 갖는 ABS 수지제 하우징(원통부 내경 : 124 ㎜)에 삽입하였다. 이어서, 포팅 수지「C4403/N4221」[일본 폴리우레탄 고교(가부시끼가이샤)제, 2액 경화 폴리우레탄 수지, 1.5㎏]를 주입하고, 시트 형상 중공사막과 하우징을 접착 고정하였다.

또 한 쪽의 단부에 대해서도 마찬가지로, 시트 형상 중공사막과 하우징을 접착 고정하고, 양단부면을 컷트함으로써 중공사막을 개구시키고, 도4에 도시한 바와 같은 구조의 중공사막 모듈을 제작하였다(막 면적 = 34 ㎡, W = 173 ㎜, D = 124 ㎜, L = 50 ㎜, 직방체부의 중공사막 고정 길이 20 ㎜, L/D = 0.40, W/D = 1.40).

<실험예 2>

포팅 수지를 1.3 ㎏ 사용한 이외는, 실험예 1과 마찬가지로 하여 중공사막 모듈을 제작하였다(막 면적 = 37 ㎡, W = 173 ㎜, D = 124 ㎜, L = 35 ㎜, 직방체부의 중공사막 고정 길이 20 ㎜, L/D = 0.28, W/D = 1.40).

<실험예 3>

중공사막으로서, 친수화 폴리에틸렌 다공질 중공사막[미쯔비시레이온(가부시끼가이샤)제, 상품명 : EX780T, 내경 500 ㎛, 외경 770 ㎛, 재질 : 폴리에틸렌]을 이용하고, 중공사막 6개를 1 다발로 하여 되접으면서 휘감치는 실로 엮고, 시트 형상 중공사막을 제작하였다(편물 폭 : 950 ㎜, 실 다발수 : 82).

이 시트 형상 중공사막(매수 30매)을 피치 6 ㎜가 되도록 편물지 스페이서를 장착하면서 적층하고, 한 쪽의 단부를 중공사막 노출측 단부가 직방체로 중공사막 개구측 단부가 원통의 형상을 갖는 ABS 수지제 하우징(원통부 내경 : 145 ㎜)에 삽입하였다. 이어서, 실험예 1과 동종의 포팅 수지(1.7 ㎏)를 주입하고, 시트 형상 중공사막과 하우징을 접착 고정하였다. 이어서, 단부면을 컷트함으로써 중공사막을 개구시키고, 도5에 도시한 바와 같은 구조의 중공사막 모듈을 제작하였다(막 면적 = 30 ㎡, W = 232 ㎜, D = 145 ㎜, L = 60 ㎜, 직방체부의 중공사막 고정 길이 30 ㎜, L/D = 0.41, W/D = 1.60).

<실험예 4>

편물 폭 1200 ㎜, 실 다발수를 167로 한 이외는, 실험예 1과 마찬가지로 하여 시트 형상 중공사막을 제작하였다.

이 시트 형상 중공사막(매수 27매)을 적층하고, 피치 12 ㎜가 되도록 편물지 스페이서를 장착하면서 적층하고, 한 쪽의 단부를 중공사막 노출측 단부가 직방체이고, 중공사막 개구측 단부가 원통의 형상을 갖는 실리콘 수지제 포팅 지그(내경 : 250 ㎜)에 삽입하였다. 이어서, 실험예 1과 동종의 포팅 수지(5.2 ㎏)를 주입하여 시트 형상 중공사막을 접착 고정하였다.

또 한 쪽의 단부에 대해서도 마찬가지로, 시트 형상 중공사막을 접착 고정하여 양단부면을 컷트함으로써 중공사막을 개구시키고, 도1에 도시한 바와 같은 구조의 중공사막 모듈을 제작하였다(막 면적 = 90 ㎡, W = 425 ㎜, D = 250 ㎜, L = 150 ㎜, 직방체부의 중공사막 고정 길이 50 ㎜, L/D = 0.60, W/D = 1.70).

<비교예 1>

중공사막 노출측 단부로부터 중공사막 개구측 단부까지 직방체의 형상을 갖는 하우징(수압면 치수 : 긴 변부 121 ㎜ㆍ짧은 변부 100 ㎜ : 실험예 1의 원통부와 수압 면적을 동일한 것으로 하였음)을 사용하고, 포팅 수지를 2.0 ㎏ 사용한 이외는, 실험예 1과 마찬가지로 하여 중공사막 모듈을 제작하였다(막 면적 = 35 ㎡, 고정 부재 치수 : 긴 변부(121 ㎜ㆍ짧은 변부 100 ㎜, 중공사막 고정 길이 70 ㎜)

「중공사막 모듈의 반복 내압 시험」

실험예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제작한 중공사막 모듈을 사용하고, 반복 내압 시험을 행하였다.

반복 내압 시험은 중공사막 모듈로부터 중공사막을 절제하고, 중공사막 개구부를 포팅 수지로 밀봉하여 시험 샘플을 제작하였다. 이어서, 제작한 시험 샘플을 반복 내압 시험 장치로 세트하고, 모듈 단부면측으로부터 가압 방압을 반복하여 행하고, 샘플에 누설이 생기기까지의 사이클 회수를 평가하였다(조건 온도 : 40 ℃, 압력 350 ㎪, 사이클 : 30초 온/30초 오프, 가압 방향 : 모듈 단부면측으로부터 가압, 횟수 : 최대 5000회). 결과를 표 1에 나타냈다.

[표 1]

반복 내압 시험의 결과로부터, 본 발명의 중공사막 모듈은 우수한 내압성을 갖는 것이 명백하다.

「중공사막 모듈 유닛의 제작」

<실험예 5>

실험예 1에서 제작한 중공사막 모듈을 사용하고, 도6에 도시한 바와 같은 구조의 중공사막 모듈 유닛을 제작하였다(막 면적 136 ㎡). 또한, 중공사막 모듈 유닛을 연직 방향으로 6단 적층하고 도8에 도시한 바와 같은 구조로 하부에 산기 장치를 구비한 중공사막 모듈 유닛을 제작하였다[막 면적 816 ㎡, a' = 1.2 m, b' = 0.4 m, 유닛 높이 = 2.637 m, 면적 효율(S/A) = 1700 ㎡/㎡, 유닛 용적(V') = 1.266 ㎥, 용적 효율(S/V') = 645 ㎡/㎥].

<실험예 6>

중공사막 모듈을 연직 방향으로 4단 적층한 이외는, 실험예 5와 마찬가지로 하여 중공사막 모듈 유닛을 제작하였다[막 면적 544 ㎡, a' = 1.2 m, b' = 0.4 m, 유닛 높이 = 1.797m, 면적 효율(S/A) = 1133 ㎡/㎡, V' = 0.863 ㎥, 용적 효율(S/V') = 630 ㎡/㎥].

「여과 시험」

<실험예 7>

실험예 5에서 제작한 중공사막 모듈 유닛을, 도9에 도시한 바와 같은 막 여과 장치에 장착하였다(a = 1.21 m, b = 0.41 m, 유효 수심 = 2.637 m, V = 1.31 ㎥, V'/V = 0.97).

상기 막 여과 장치를 이용하여 10일간의 복유수(伏流水) 여과 시험을 실시하고, 흡인 압력의 거동을 평가하였다. 시험 조건을 표 2, 결과를 표 3에 나타냈다.

<실험예 8>

수조를, a = 1.3 m, b = 0.5 m, 유효 수심 = 2.637 m, V = 1.71 ㎥, V'/V = 0.74로 한 이외는 실험예 7과 마찬가지로 하여 복유수 여과 시험을 실시하였다. 시험 조건을 표 2, 결과를 표 3에 나타냈다.

<실험예 9>

실험예 6에서 제작한 중공사막 모듈 유닛을, 도9에 도시한 바와 같은 막 여과 장치에 장착하였다(a = 1.21 m, b = 0.41 m, 유효 수심 = 1.797 m, V'/V = 0.97). 상기 막 여과 장치를 이용하여 10일간의 복유수 여과 시험을 실시하고, 흡인 압력의 거동을 평가하였다. 시험 조건을 표 2, 결과를 표 3에 나타냈다.

<실험예 10>

수조를, a = 1.3 m, b = 0.5 m, 유효 수심 = 1.797 m, V = 1.17 ㎥, V'/V = 0.74로 한 이외는, 실험예 9와 마찬가지로 하여 복유수 여과 시험을 실시하였다. 시험 조건을 표 2, 결과를 표 3에 나타냈다.

<비교예 2>

수조를, a = 1.5 m, b = 0.7 m, 유효 수심 = 2.637 m, V = 2.77 ㎥, V'/V = 0.46으로 한 이외는, 실험예 7과 마찬가지로 하여 복유수 여과 시험을 실시하였다. 시험 조건을 표 2, 결과를 표 3에 나타냈다.

<비교예 3>

수조를, a = 1.5 m, b = 0.7 m, 유효 수심 = 1.797 m, V = 1.89 ㎥, V'/V = 0.46으로 한 이외는, 실험예 9와 마찬가지로 하여 복유수 여과 시험을 실시하였다. 시험 조건을 표 2, 결과를 표 3에 나타냈다.

[표 2]

[표 3]

여과 시험의 결과로부터, 본 발명의 막 여과 장치는 95 ％ 이상이라는 높은 물 회수를 달성하면서, 운전시의 흡인 압력도 안정되어 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 중공사막 모듈, 중공사막 모듈 유닛, 막 여과 장치 및 그 운전 방법은 상수의 정화, 하배수의 정화, 공업 프로세스 등에 이용된다. 본 발명의 중공사막 모듈은 고정 부재(2)의 중공사막이 노출되는 쪽의 단부면 형상이 개략 직사각형이며, 또한 고정 부재(2)의 중공사막이 개구되는 쪽의 단부면 형상이 개략 원형이기 때문에, 세정성이 우수한 시트 형상 중공사막을 이용한 모듈에 있어서 막 면적을 크게 한 경우라도, 중공사막 고정부의 내압성이 저하되지 않는다. 또한, 본 발명의 중공사막 모듈 유닛은 원통부(4)가 관통되는 구멍을 갖는 판형 부재(5)를 마련하고, 판형 부재(5)에 의해 중공사막 모듈이 위치 고정되어 있기 때문에, 간편하면서 확실하게 고정할 수 있는 동시에, 중공사막의 집적도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 중공사막 모듈을 복수 구비한 본 발명의 막 여과 장치 및 본 발명의 운전 방법이 적용되는 막 여과 장치는 매우 콤팩트하면서 막 면적이 크고, 게다 가 세정성이 우수하므로 장기간에 걸쳐 안정적으로 여과를 행할 수 있다.

Claims

복수의 시트 형상 중공사막(1)과,

상기 복수의 시트 형상 중공사막(1)을 그 단부 중 적어도 한 쪽을 개구 상태로 보유 지지한 채로, 평행하게 고정하는 고정 부재(2)를 구비하고,

상기 고정 부재(2)의 중공사막이 노출되는 쪽의 단부면 형상이 직사각형이며, 또한 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 개구되는 쪽의 단부면 형상이 원형인 중공사막 모듈.
제1항에 있어서, 상기 고정 부재(2)는 중공사막이 노출되는 쪽에 형상이 직방체인 직방체부(3)와, 중공사막이 개구되는 쪽에 형상이 원통인 원통부(4)를 갖는 중공사막 모듈.
제2항에 있어서, 상기 원통부(4)의 직경을 D(㎜), 길이를 L(㎜)로 하였을 때, 이하의 식을 만족하는 중공사막 모듈.

0.2 ≤ L/D ≤ 1.0
제2항에 있어서, 상기 직방체부(3)의 중공사막이 노출되는 단부면의 긴 변부의 길이를 W(㎜)로 하고, 상기 원통부(4)의 직경을 D(㎜)로 하였을 때, 다음 식을 만족하는 중공사막 모듈.

1.0 ≤ W/D ≤ 2.0
제2항에 기재된 중공사막 모듈이 복수개 배치되어 이루어지는 동시에, 시트 형상 중공사막(1)의 시트면에 수직인 측면에, 상기 원통부(4)가 관통되는 구멍을 갖는 판형 부재(5)를 마련하고, 상기 판형 부재(5)에 의해 중공사막 모듈이 위치 고정되어 이루어지는 중공사막 모듈 유닛.
제5항에 있어서, 상기 원통부(4)와, 이에 결합하는 집수 캡(6)으로, 상기 판형 부재(5)를 끼워 넣고 고정하여 이루어지는 중공사막 모듈 유닛.
제6항에 있어서, 상기 원통부(4)와, 상기 집수 캡(6)이 나사 결합에 의해 고정되어 이루어지는 중공사막 모듈 유닛.
제6항에 기재된 중공사막 모듈 유닛이 복수개, 연직 방향으로 거듭 배치되는 동시에,

상기 시트 형상 중공사막(1)의 시트면이 연직 방향이 되도록 배치되고,

또한 연직 방향으로 인접하는 상기 집수 캡(6)끼리가 연직 방향으로 신장하는 집수 부재(7)에 의해 연결되고,

상기 시트 형상 중공사막(1)의 시트면에 평행한 측면에 사이드 프레임(21)이 배치되어 이루어지는 중공사막 모듈 유닛.
제8항에 있어서, 연직 방향으로 인접하는 중공사막 모듈의 시트 형상 중공사막(1)끼리의 연직 방향의 간격이 70 ㎜ 이하인 중공사막 모듈 유닛.
막 모듈 유닛을 수조 내에 배치한 막 여과 장치이며,

상기 막 모듈 유닛은 복수의 중공사막 모듈로 이루어지고,

상기 중공사막 모듈은 복수의 시트 형상 중공사막(1)과, 상기 복수의 시트 형상 중공사막(1)을, 그 단부 중 적어도 한 쪽을 개구 상태로 보유 지지한 채로, 평행하게 고정하는 고정 부재(2)를 구비하고, 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 노출되는 쪽의 단부면 형상이 직사각형이며, 또한 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 개구되는 쪽의 단부면 형상이 원형인 중공사막 모듈로 이루어지고,

상기 막 모듈 유닛의 막 면적을 S(㎡), 상기 막 모듈 유닛의 투영 면적을 A(㎡), 상기 막 모듈 유닛의 용적을 V'(㎥), 상기 수조의 용적을 V(㎥)로 하였을 때, 이하의 3개의 관계 식을 만족하는 막 여과 장치.

1000 ≤ S/A ≤ 2000 … 식 (1)

500 ≤ S/V' ≤ 800 … 식 (2)

0.70 ≤ V'/V ≤ 0.99 … 식 (3)
막 모듈 유닛을 수조 내에 배치한 막 여과 장치의 운전 방법이며,

상기 막 모듈 유닛을 복수의 중공사막 모듈로 구성하고,

상기 중공사막 모듈을 복수의 시트 형상 중공사막(1)이 그 단부 중 적어도 한 쪽이 개구 상태를 보유 지지한 채로, 고정 부재(2)에 의해 평행하게 고정되는 동시에, 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 노출되는 쪽의 단부면 형상이 직사각형이며, 또한 상기 고정 부재(2)의 중공사막이 개구되는 쪽의 단부면 형상이 원형인 중공사막 모듈로 이루어지도록 구성하고,

상기 막 모듈 유닛의 막 면적을 S(㎡), 여과 유속을 J(m/d), 여과 시간을 T(h), 배수 사이클수를 N(회), 배수량을 D(㎥), 역세정 유속을 J'(m/d), 역세정 시간을 T'(h)로 하였을 때, 이하의 관계 식을 만족하는 막 면적(S), 여과 유속(J), 여과 시간(T), 배수 사이클수(N), 배수량(D), 역세정 유속(J'), 역세정 시간(T')을 설정하여 상기 막 여과 장치를 운전하는 막 여과 장치의 운전 방법.

N ≥ 22.8D/{S(0.05JT - J'T')} … 식 (4)