KR100711834B1

KR100711834B1 - 침지형 분리막 모듈

Info

Publication number: KR100711834B1
Application number: KR1020060056967A
Authority: KR
Inventors: 이규호; 김인철
Original assignee: 한국화학연구원
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2007-05-02

Abstract

본 발명은 분리막 사이를 이격시키면서 나선형으로 배열하여 분리막 사이에 나선형 유로를 포함하는 침지형 분리막 모듈에 관한 것으로, 분리막 사이를 이격시키면서 나선형으로 배열하여 기존 평막 모듈이 지닌 낮은 패킹 밀도(packing density)와 높은 시설비 및 과다 부지 소요 문제를 해결하고, 나선형 유로를 포함하여 침지형으로 사용이 가능하고, 나선형 유로에 공기를 주입하여 막 오염을 경감시킬 수 있도록 한 침지형 분리막 모듈에 관한 것이다.

침지형 분리막 모듈, 패킹 밀도(packing density)

Description

침지형 분리막 모듈{Submerged separation membrane module}

도 1은 침지형 분리막 모듈의 일 실시예의 분해상태 사시도이다.

도 2는 침지형 분리막 모듈의 일 실시예의 조립상태 사시도이다.

도 3은 도 2의 A-A로 자른 단면도이다.

도 4은 도 2의 B-B로 자른 단면도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호 설명]

100 : 분리막, 111 및 112 : 평막, 120 : 스페이서, 200 : 집수관,

210 : 집수구, 221 : 집수관의 흡입펌프쪽 말단,

222 : 집수관의 흡입펌프 반대쪽 말단, 301 : 흡입펌프쪽 모듈 고정틀,

302 : 흡입펌프 반대쪽 모듈 고정틀.

침지형 평막은 하폐수 처리를 위한 활성슬러지법에서 슬러지의 분리를 위해 사용되면서 그 효율성을 증대시켜왔다. 이와 같은 침지형 평막은 중공사막에서와 같이 중공사가 절사되는 문제는 없으나, 침지형 평막의 경우 보통 일렬로 배열하여 적층시킴으로서 중공사막에 비해서 같은 막면적당 소요부지가 크고 시설비가 과다하게 소요되는 단점이 있다.

또한 기존의 나권형 막 모듈은 케이스로 이루어져 있고 막과 막 사이에 스페이서를 끼워 넣고 이 사이로 물의 흐름이 이루어지도록 되어 있어서 침지형으로 사용이 불가능하다. 그리고 침지형 막 모듈은 막과 막 사이에 공기방울을 발생시킴으로서 막 오염을 제어하고 있으나 기존의 나권형 막 모듈은 이러한 설계가 불가능하다.

이에 본 발명자들은 집수관을 포함하고 분리막을 집수관 주위로 나선형으로 배열한 점에서 외형은 나권형 모듈과 유사하나, 분리막 사이를 이격시켜 나선형 유로를 포함하고, 공급수측 유로재 또는 투과수측 유로재가 별도로 필요하지 않고 물 속에 침지되어 노출된 분리막을 통해 물이 투과한다는 점에서 평판형 모듈의 특성을 보유한 기존에 보고된 바 없는 침지형 분리막 모듈을 개발하게 되었다.

따라서 본 발명은 분리막 사이를 이격시키면서 나선형으로 배열하여 분리막 사이에 나선형 유로를 포함하는 침지형 분리막 모듈에 관한 것으로, 분리막 사이를 이격시키면서 나선형으로 배열하여 기존 평막 모듈이 지닌 낮은 패킹 밀도(packing density)와 높은 시설비 및 과다 부지 소요 문제를 해결하고, 나선형 유로를 포함하여 침지형으로 사용이 가능하고, 나선형 유로에 공기를 주입하여 막 오염을 경감시킬 수 있도록 한 침지형 분리막 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 집수관(200)을 분리막(100)으로 밀착 롤링하여 집수구(210)를 차단하고, 나머지 분리막(100)으로 분리막(100) 사이를 이격시키면서 롤링하여 나선형으로 배열하여 분리막(100) 사이에 나선형 유로를 포함하고, 상기 나선형으로 배열된 분리막(100)을 모듈 고정틀(301, 302)로 고정하고, 상기 집수관의 한 쪽 말단(301)은 흡입펌프에 연결한 침지형 분리막 모듈에 그 특징이 있다.

또한 본 발명은 집수관(200)을 분리막(100)으로 밀착 롤링하여 집수구(210)를 차단하는 단계; 상기 밀착 롤링후 나머지 분리막(100)으로 분리막(100) 사이를 이격시키면서 롤링하여 나선형으로 배열하여 분리막(100) 사이에 나선형 유로를 제공하는 단계; 상기 나선형으로 배열된 분리막(100)을 모듈 고정틀(301, 302)로 고정하는 단계; 및 상기 집수관(200)의 한 쪽 말단(221)은 흡입펌프에 연결하는 단계 를 포함하는 침지형 분리막 모듈의 제조방법에 그 특징이 있다.

이하 본 발명의 구성요소에 대해서 더욱 상세히 설명한다.

상기 집수관(200)은 옆면에 하나 이상의 집수구(210)가 집수관의 외면과 내면을 관통하고 있기 때문에 분리막(100)을 통과한 투과수가 집수관으로 모일 수 있고, 흡입펌프 반대쪽 말단(222)은 막혀있으며, 다른 쪽 말단(221)은 흡입펌프(도면에 표시하지 않음)와 연결된다. 집수관(200)의 재질로는 PVC, 클린 PVC, 테프론, 변형 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리프로필렌, FRP 등이 사용될 수 있다.

상기 분리막(100)은 스페이서(120)를 중심으로 양면에 평막(111, 112)을 적층한 3중막이다.

상기 분리막(100)의 스페이서(120)는 평막(111)과 평막(112) 사이의 거리이격용으로 사용된 것으로 나권형 모듈과 달리 공급수나 여과수의 유로를 제공하거나, 와류를 형성하는 기능이 필요한 것이 아니므로 재질 및 형태에 제한을 받지 않으나 일반적으로 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나일론, 폴리에스테르 등의 재질로 망사형태로 제작하여 사용할 수 있다. 다만 스페이서(120)의 두께는 0.01 ~ 0.5 mm가 바람직하며, 상기 범위 미만인 경우에는 평막(111)과 평막(112) 사이의 결합을 막지 못하고, 상기 범위를 초과할 경우에는 나선형으로 배열하는데 어려움이 있다.

또한 상기 분리막(100)의 스페이서(120)의 양면에 적층되는 평막(111,112)의 소재는 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 나이트레이트 등의 천연구무와 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 폴리에테르 등의 합성고분자를 사용될 수 있고, 침지형 분리막 모듈의 용도에 따라서 한외여과막, 정밀여과막 또는 이들의 혼합막을 사용하는 것도 가능하다. 또한 상기 평막(111,112)은 직접 제조하거나 시판품을 구입하여 사용할 수 있다.

상기 분리막 사이의 이격된 간극의 범위는 1 ~ 5 mm인 것이 바람직하다. 상기 간극이 1 mm 미만이면 분리막과 분리막이 너무 근접하여 나선형 유로에서 물의 흐름이 원활하지 않아 흡입에 문제가 있고, 산기구를 통한 공기방울의 전달이 어려워지고, 상기 간극이 5 mm를 초과하면 공기방울에 의한 세척효과가 현저히 감소된다.

상기 모듈 고정틀(301, 302)은 상기 나선형으로 배열된 분리막(100)을 고정하기 위한 홈 등을 구비하고 있다.

상기 침지형 분리막 모듈의 제조에는 일반적으로 널리 사용되는 에폭시 또는 폴리우레탄 접착제를 사용하거나, 초음파 융착 등의 방법을 사용할 수 있다.

또한 상기 침지형 분리막 모듈에서 물의 흐름은 도 3 및 도 4의 화살표의 방향과 같이 분리막(100)을 통과한 투과수가 나선형 유로 및 분리막(100)을 다시 통과하여 집수구(210)를 통해 집수관(200)에 모이고 흡입펌프로 전달되는 과정을 거친다. 따라서 분리막 모서리의 스페이서 노출 부위, 나선형으로 배열된 분리막에서 가장 바깥쪽 분리막과 그 바로 안쪽 분리막 사이 및 모듈 고정틀과 분리막 사이 등 분리막을 통과하지 않은 물이 집수관으로 흘러갈 수 있는 부위는 방수처리하여야 한다.

본 발명의 침지형 분리막 모듈은 패킹 밀도(packing density)가 기존 평판형 모듈에 비해 8 ~ 20 배 현저히 상승한 400 ~ 800 m²/m³를 나타내므로, 기존 평판형 모듈이 가지는 높은 시설비 및 과다 부지 소요 문제를 해결할 수 있다.

또한 본 발명의 침지형 분리막 모듈은 흡입펌프 반대쪽 모듈 고정틀(302)에 일정 공기가 분사될 수 있는 1~5 배열의 0.1~10 mm의 공기주입공을 갖는 산기구를 연결할 수 있고 0.1~2 kgf/cm²의 일정 압력으로 공기를 주입하고 수질에 따라 공기압력을 조절할 수 있는 산기관을 나선형 유로에 배열하여 공기를 주입할 수 있어서 막 오염을 감소시킬 수 있는 장점을 지닌다.

이와 같은 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 평막의 제조

폴리비닐리덴플루오라이드 15 중량%, 디메틸포름아마이드(dimetylformamide) 73 중량%, 40 kDa의 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 10 중량%로 이루어진 고분자 도포 용액을 제조한 후, P25 타이타니아 입자를 2 중량% 농도로 첨가하고 완전히 섞이도록 강한 교반을 하여 제조된 고분자 용액을 탈포장치를 이용하여 기포를 제거시켰다. 고분자 용액의 온도는 50 ℃를 유지하고 탈포된 고분자 용액을 부직포 위에 코팅하여 70 ℃의 증류수로 응고시켰다. 이를 증류수에 보관하거나 열수 처리하여 남아있는 용매를 제거한 후 평막을 제조하였다.

상기 분리막의 순수투과속도는 1200 L/m²·hr·bar이었고 기공크기는 약 0.1 ㎛이었다.

실시예 2: 변형된 침지형 분리막 모듈의 제조

실시예 1에서 제조된 평막을 가로 200 cm, 세로 50 cm 로 2 장을 절단한 후 건조하였다. 다수의 집수구(210)를 포함하는 외경 2 cm인 집수관(200)을 따라 평막(111)의 세로측 모서리를 에폭시 접착제로 접착하였다. 나머지 평막(112)과 스페이서(120)의 네 모서리를 접착한 후 평막(112)을 집수관 방향으로 하여 상기 평막(111)이 접착된 집수관의 반대편에 접착시키고 스페이서에 접착되지 않은 평막(111)의 나머지 세 모서리를 스페이서에 접착시켜 집수관에 접착된 평막-스페이서-평막으로 된 분리막(100)을 제조하였다. 상기 분리막을 집수관을 중심으로 밀착 롤링하여 분리막을 투과하지 않은 물이 집수구로 직접 들어가지 못하도록 차단하고, 상기 밀착 롤링후 나머지 분리막으로 분리막 사이를 3 mm의 간극을 이격시키면서 롤링하였다. 상기 나선형으로 배열된 분리막을 모듈 양쪽의 고정틀(301, 302)의 홈을 따라 고정시키고, 집수관의 한 쪽 말단(221)은 흡입펌프에 연결하고, 다른 말단(222)은 구멍을 차단하였다. 또한 분리막 모서리의 스페이서 노출 부위, 나선형으로 배열된 분리막에서 가장 바깥쪽 분리막과 그 바로 안쪽 분리막 사이 및 모듈 고정틀과 분리막 사이 등 분리막을 통과하지 않은 물이 집수관으로 흘러갈 수 있는 부위는 방수처리하여 분리막을 통과한 투과수 만이 집수관으로 흡입될 수 있도록 하였다.

그리고 상기 흡입펌프 반대쪽 모듈 고정틀(302)에 산기구를 연결하여 나선형 유로에 공기가 주입될 수 있도록 산기관을 배열하였다.

상기 제조된 침지형 분리막 모듈의 패킹 밀도(packing density)는 700 m²/m³를 나타내어 기존 평판형 모듈에 비해 현저히 높은 밀도를 나타내었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 침지형 분리막 모듈은 분리막 사이를 이격시키면서 나선형으로 배열하여 기존 평막 모듈이 지닌 낮은 패킹 밀도(packing density)와 높은 시설비 및 과다 부지 소요 문제를 해결하고, 나선형 유로를 포함하여 침지형으로 사용이 가능하고, 나선형 유로에 공기를 주입하여 막 오염을 경감시킬 수 있으면서 공기 소모량이 중공사 또는 평막 모듈에 비해서 매우 작으면서도 효과는 현저히 상승한다. 또한 침지형 분리막 모듈의 길이를 충분히 늘리는 것이 가능하므로 막 면적이 매우 큰 대형 모듈의 제작이 가능하므로 현재 막 결합형 활성슬러지 공법이나 정수공정에 침지형으로서 사용이 가능하며 에너지 소비량이 적다.

Claims

집수관(200)을 분리막(100)으로 밀착 롤링하여 집수구(210)를 차단하고, 나머지 분리막(100)으로 분리막(100) 사이를 이격시키면서 롤링하여 나선형으로 배열하여 분리막(100) 사이에 나선형 유로를 포함하고, 상기 나선형으로 배열된 분리막(100)을 모듈 고정틀(301, 302)로 고정하고, 상기 집수관의 한 쪽 말단(301)은 흡입펌프에 연결한 침지형 분리막 모듈.
제 1항에 있어서, 상기 분리막(100)은 스페이서(120)를 중심으로 양면에 평막(111, 112)을 적층한 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
제 2항에 있어서, 상기 스페이서(120)의 두께는 0.01 ~ 0.5 mm인 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
제 2항에 있어서, 상기 평막(111, 112)은 한외여과막, 정밀여과막 또는 이들의 혼합막인 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
제 1항에 있어서, 상기 나선형 유로에 공기를 주입하는 산기구를 상기 모듈고정틀(302)에 연결하는 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
제 1항에 있어서, 상기 분리막(100) 사이의 이격된 간극은 1 ~ 5 mm인 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
집수관(200)을 분리막(100)으로 밀착 롤링하여 집수구(210)를 차단하는 단계;

상기 밀착 롤링후 나머지 분리막(100)으로 분리막(100) 사이를 이격시키면서 롤링하여 나선형으로 배열하여 분리막(100) 사이에 나선형 유로를 제공하는 단계;

상기 나선형으로 배열된 분리막(100)을 모듈 고정틀(301, 302)로 고정하는 단계; 및

상기 집수관(200)의 한 쪽 말단(221)은 흡입펌프에 연결하는 단계를 포함하는 침지형 분리막 모듈의 제조방법.