KR100732436B1 - 수처리용 막 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투과액 출구(3)가 달린 투과액 집수실(2)을 구비한 헤드 부재(1) 및 투과액 집수실(2) 쪽으로 개방된 단부에 의해 헤드 부재(1) 내에 집어넣어지고 그 타단부에서 폐쇄된 모세관 막으로 이루어진 하나 이상의 섬유 다발(4)을 포함하는 수처리용 막 필터에 관한 것이다. 헤드 부재(1)는 공기 채널(16)을 포함하고, 공기 채널(16)에 섬유 다발(4) 내로 돌출되는, 하나 이상의 공기 유출구가 달린 입구 부재(10)가 연결된다. 섬유 다발(4)은 그 타단부에서 미 처리수(6) 내에서 자유롭게 이동될 수 있게 종료된다.

Description

수처리용 막 필터{MEMBRANE FILTER FOR WATER TREATMENT}

본 발명은 투과액 출구가 마련된 투과액 집수실을 구비하는 헤드 부재와, 투과액 집수실을 향해 개방된 일단부가 헤드 부재 내에 삽입되고 타단부가 폐쇄된 모세관 막(capillary membrane)으로 이루어진 하나 이상의 섬유 다발, 그리고 하나 이상의 공기 유출구가 마련되고 섬유 다발 내에서 모세관 막에 대략 평행하게 연장되는 입구 부재(mouth piece)를 구비한 가스 주입 장치를 포함하며, 처리하려는 미 처리수(untreated water)에 의해 둘러싸이는 섬유 다발의 모세관 막이 조밀한 묶음으로 헤드 부재의 접속면에 고정되며, 모세관 막에서 정화된 액체가 투과액 집수실로 배출될 수 있는 수처리용 막 필터에 관한 것이다. 모세관 막은 5㎜ 미만의 작은 직경을 갖고, 마이크로 여과막(micro filtration membrane) 또는 한외 여과막(ultra filtration membrane)의 투과성을 나타내는 것이 바람직하다. 그러나, 모세관 막을 역삼투(reverse osmosis) 또는 나노 여과(nano filtration)에 사용하는 것을 배제하여서는 안 된다. 모세관 막의 직경 범위는 0.5 내지 3㎜에 있는 것이 바람직하다. 막 여과를 위한 원동력은 미 처리수 측의 과압(excess pressure)에 의해 및/또는 투과액 측의 압력 저하에 의해서 생길 수 있는 압력 차이다. 특히, 투과액 측의 압력 저하는 막 필터가 침지되어 사용되어야 하고, 정화 장치의 미 처리수를 담은 저수조, 예컨대 활성 슬러지 저수조(activated sludge reservoir) 내에 넣어지는 경우에 생긴다.

서두에 전술된 특징이 있는 막 필터는 WO 98/28066으로부터 공지되어 있다. 침지하여 사용될 수 있는 막 필터의 모세관 막은, 2개의 헤드 부재 사이에 단부 측이 클램핑된다. 작업 시에 하부에 있는 헤드 부재에는 가스 주입 장치가 연결된다. 다른 상부의 헤드 부재는 투과액 집수실을 포함한다. 그러한 상부의 헤드 부재는, 그 작용에 의해 상승되는 기포를 막 섬유 다발의 외측으로 밀어젖히는 배수체를 형성한다. 섬유 다발의 상부 구역에서는 더 이상 효과적인 가스 주입이 보장되지 않는다. 그러한 막 필터에서는 막 이동도 불가능하거나 단지 약간만 움직일 수 있다. 그 때문에, 섬유 다발의 상부 구역에서 막 피복층 및 조대한 오염 침적물이 생성되게 된다.

DE 198 11 945 A1로부터 공지된 막 필터의 경우에는, 모세관 막으로 이루어진 섬유 다발이 모세관 막의 종방향으로 통과되는 내압성의 외피 관 내에 삽입된다. 모세관 막은 일측에서 유입 흐름 바닥에 장착되고, 그 유입 흐름 바닥은 횡단면에 걸쳐 균등하게 분포된, 미 처리수를 통과시키기 위한 다수의 보어를 구비한다. 모세관 막의 외면에 피복층이 생성되어 모세관 막의 미세 다공이 막히는 것을 방지하기 위해서는 액체를 소정의 유속으로 막 필터실을 균일하게 통과하여 흐르도록 하는 것이 필요하다. 물질 교환을 개선시키기 위해, 미 처리수는 막 필터실 내로 유입되기 전에 공기를 주입 받는다. 섬유 다발 내에서는 충분한 공기 분포가 보장되지 않는다. 공기는 미 처리수 흐름에 의해, 거의 막 다발속의 외측을 따라 안내되어 막 세정에 효과적인 기여를 하지 못한다.

본 발명의 목적은 섬유 다발의 전체의 길이에 걸쳐 효과적인 가스 주입이 보장되어, 막 표면으로부터 벗겨진 막 표면 박층을 효과적인 반출할 수 있는 수처리용 막 필터를 제공하는 것이다.

그러한 목적은 서두에 전술된 구조의 막 필터를 전제로 하여 본 발명에 따라 헤드 부재가 공기 도관을 포함하고, 섬유 다발 내로 삽입된 입구 부재가 이 공기 도관에 연결되며, 섬유 다발이 타단부가 클램핑되지 않고 미 처리수 내에서 자유롭게 이동될 수 있게 종결되게 함으로써 달성된다. 입구 부재로부터 유출되는 공기는 내측으로부터 외측으로 섬유 다발을 통과하여 흐르고, 일부는 모세관 막의 종방향으로 흘러 나간다. 공기 공급은 막 여과 동안에 막 표면에 형성된 피복층을 세정 배출하기 위하여, 간헐적으로 행해지는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 섬유 다발 내에 공기를 도입함으로써, 미 처리수의 유속과는 상관없이 놀랍게도 효과적인 세정이 가능해진다. 그러한 점에서, 본 발명에 따른 막 필터는 침지해서도 사용할 수 있다.

입구 부재는 예컨대, 외주 측에 보어가 마련된 관형 섹션을 구비하거나, 그로부터 공기가 반경 방향으로 또는 반경 방향 운동 성분에 의해 유출되는 환형 갭 노즐(annular gap nozzle)로서 형성된다. 입구 부재의 길이를 적절히 정하고 유출 보어 또는 유출 노즐을 배치함으로써, 공기를 섬유 다발 내에 적절히 공급할 수 있다. 입구 부재가 공기 공급부의 압력 저하시 폐쇄되는 킥백 밸브(kick-back valve)를 구비하는 것도 바람직한 것으로 판명되었다.

섬유 다발은, 막 필터의 침지 작업 시에 미 처리수용 유로에 의해 관통되지 않는 헤드 부재의 접속면에 조밀한 묶음으로 고정된다. 그 자유 단부에서 폐쇄되는 모세관 막은, 그것이 단지 하나의 단부에서만 클램핑되기 때문에 여과하려는 미 처리수 내에서 움직일 수 있다. 섬유 다발의 측방 이동을 규제하기 위해, 헤드 부재 상에 케이지를 장착할 수 있다. 그러한 케이지는 막대로 제작되거나 예컨대, 외주 측에 개구부가 마련된 관으로 이루어질 수 있다. 또한, 헤드 부재는 미 처리수를 담은 저수조 내에 가라앉을 수 있는 프레임에 고정시키기 위한 연결 장치를 구비할 수도 있다. 본 발명의 범위에서는 헤드 부재를 직육면체의 형태로 형성하되, 투과액 유출이 좁은 측면 또는 바닥에서 행해지도록 할 수 있다. 그러한 다수의 유닛이 필터 패키지의 형식을 따라 서로 나란히 배치될 수 있는데, 그 경우에 투과액 출구가 수집 라인에 의해 서로 연결되는 것이 바람직하다.

막 필터가 침지 작업에 사용되는 경우에는 모세관 막에 미 처리수를 흘려 넣는 장치가 필요하지 않다. 본 발명의 범위에서는 액체가 통과하여 흐르는 필터실을 구비한 막 필터를 형성할 수도 있다. 필터실을 통과하여 흐르는 것은 모세관 막의 종방향으로 이루어지는 것이 바람직한데, 그 경우에 미 처리수는, 본 발명에 따라 가스 주입 장치의 외주에 동심으로 배치되는 헤드 부재의 보어를 통해 필터실로 유입된다. 모세관 막은 접속면 내에 가스 주입 장치와 액체를 안내하는 보어 사이의 헤드 부재 내에 장착된다. 다른 바람직한 구성에 따르면, 섬유 다발을 형성하는 모세관 막의 단부 측을 장착한 헤드 부재의 접속면은 방사상으로 형성되며, 그 접속면은 가스 주입 장치와 동심으로 배치된 보어 사이의 링상태의 면 전체에 설치되어, 액체 채널 사이의 구역까지 연장된다. 본 발명에 따르면, 매우 조밀한 묶음으로 된 모세관 막을 포함하는 섬유 다발이 마련되는데, 그 경우에 미 처리수는 섬유다발의 외측에 안내되어, 공기가 섬유 다발의 내부에 공급된다. 섬유 다발은 모든 구성에 있어서 미 처리수 내에 수직으로 배치되며, 모세관 막이 그 하측 단부에서 헤드 부재에 고정되어, 그 타단부가 액체 흐름 내에서 이동될 수 있게 되는 것이 바람직하다. 기포는 섬유 다발 안을 상승해, 섬유 다발의 외측을 흐르는 액체에 의해서 함께 옮겨지지 않거나 또는 약간 밖에 옮겨지지 않는다.

액체가 통과하여 흐르는 필터실을 구비한 본 발명에 따른 막 필터의 구성에서는 헤드 부재가 필터실을 형성하는 관형 케이싱과 분리 가능하게 결합되는 것이 바람직하다. 또 다른 구성에서는 본 발명에 따라, 섬유 다발의 반대쪽을 향한 헤드 부재의 단면이, 동일하게 형성된 또 다른 막 필터의 관형 케이싱과 결합될 수 있고, 투과액 출구가 헤드 부재의 외주에 배치되어 있다. 설명된 그러한 구성에서는 다수의 막 필터를 모듈식 유닛으로서 직렬로 연결할 수 있다. 그럼으로써, 필터 면적이 용도에 맞춰 가변적으로 조정될 수 있게 된다. 헤드 부재의 외주에 있는 투과액 출구는 수집 관에 의해 서로 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 구성에 의하면, 다수의 섬유 다발이 헤드 부재에 연결되며, 가스 주입 장치 및 가스 주입 장치를 동심으로 둘러싸는 액체 통과 흐름 보어가 각각의 섬유 다발에 부설된다. 헤드 부재는 물과 공기에 대한 별개의 분배실을 구비하고, 그 분배실에는 물을 위한 보어 또는 공기 도관이 연통된다. 헤드 부재에는, 모세관 막으로 이루어진 섬유 다발을 각각 포함하고 모세관 막의 종방향으로 미 처리수가 통과하여 흐르는 챔버가 연결된다. 그러한 구성에 의해, 섬유 다발이 매우 콤팩트한 배치 구조로 병렬로 연결될 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 단일의 실시예를 도시하고 있는 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 각각 침지 작업에 사용될 수 있는 본 발명에 따른 막 필터의 단면도이고,

도 3 내지 도 5는 각각 액체가 통과하여 흐르는 필터실을 구비한 본 발명에 따른 막 필터를 나타낸 도면이며,

도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 막 필터의 또 다른 구성을 나타낸 도면이다.

첨부 도면에 도시된 본 발명에 따른 막 필터의 기본 구조는 투과액 출구(3)가 달린 투과액 집수실(2)을 구비한 헤드 부재(1)와, 일단부가 폐쇄되고 타단부가 투과액 집수실(2)을 향하는 개방 단부를 구비하는 타단부가 헤드 부재(1) 내에 고정된, 모세관 막(5)으로 이루어진 섬유 다발(4)을 포함한다. 모세관 막(5)은 그 직경이 5㎜ 미만인 한외 여과막 또는 마이크로 여과막인 것이 바람직하다. 모세관 막의 직경은 0.5 내지 3㎜인 것이 좋다. 모세관 막(5)은 처리하려는 미 처리수(6)에 의해 둘러싸인다. 여과는 미 처리수 측의 과압 및/또는 투과액 측의 부압에 의해 생성될 수 있는 막 투과 압력 차에 근거하여 행해진다. 정화된 액체는 모세관 막 내를 통과하여 모세관 막(5)의 개방 단부에 연결된 투과액 집수실(2)로 유출된다.

섬유 다발(4)의 모세관 막(5)은 미 처리수용 유로가 관통하지 않는 헤드 부재의 접속면(7)에 조밀한 묶음으로 고정된다. 섬유 다발(4) 내에는 가스 주입 장치(8)가 배치되어 가스 주입 장치로부터 공기가 배출된다. 공기 공급은 막 여과 동안에 막 표면에 형성된 피복층을 세정 배출하려는 목적으로 간헐적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 구성에서는 가스 주입 장치(8)는 하나 이상의 공기 유출구가 달린 돌출된 입구 부재(10)를 구비하는데, 그 입구 부재(10)는 섬유 다발(4) 내에서 모세관 막(5)에 대략 평행하게 연장되어, 헤드 부재(1)에 설치된 공기 도관(16)에 연결된다. 그러한 입구 부재(10)는 외주 측에 보어(11)가 마련된 관형 섹션을 구비하지만, 예컨대 그로부터 공기가 반경 방향으로 배출되는 환형 갭 노즐로서 형성될 수도 있다. 일단부가 헤드 부재(1) 내에 고정되는 모세관 막(5)의 폐쇄된 타단부는 자유롭게 이동될 수 있고, 미 처리수에서의 난류 및/또는 미 처리수 내에서 발생되는 흐름의 작용하에 다소 눈에 뜨일 정도로 강하게 측방향으로 이동될 수 있다. 그러한 측방향 이동을 규제하기 위해, 헤드 부재(1) 상에 케이지(12)가 장착되는데, 그 케이지(12)는 본 실시예에서는 막대 및 링으로 형성된다. 천공부가 마련될 수 있는 관도 역시 케이지(12)로서 사용될 수 있다.

도 2의 실시예에는 헤드 부재(1)가 직육면체의 형태의 요소로서 형성될 수 있음이 도시되어 있다. 공기를 섬유 다발(4) 내에 공급하기 위하여, 헤드 부재(1)의 종방향으로 다수의 가스 주입 장치(8)가 배치된다. 섬유 다발(4)은 조밀한 묶음의 모세관 막(5)으로 이루어진다. 그러한 헤드 부재(1)는 침지 사용에 적합하고, 미 처리수를 담은 저주조 내에 가라앉을 수 있는 프레임에 고정시키기 위한 연결 장치(도시 생략)를 구비할 수 있다. 투과액 출구(3)는 좁은 측면에 마련된다. 그러한 점에서, 다수의 헤드 부재(1)가 서로 나란히 평행하게 배치될 수 있음이 분명하다.

도 3 내지 도 7에 도시된 구성에 있어서, 막 필터는 처리하려는 미 처리수가 통과하여 흐르는 필터실(14)을 구비한다. 필터실(14)으로의 미 처리수의 유입은 헤드 부재(1)에 있는 보어(15)를 통해 이루어지고, 이 보어는 가스 주입 장치(8)의 외주에 동심으로 배치된다. 도 3은 중심에 배치된 공기 도관(16) 및 그 공기 도관(16)을 동심으로 둘러싸는 미 처리수용 보어(15)를 구비한 헤드 부재(1)의 평면도를 나타낸 것이다. 섬유 다발(4)을 형성하는 모세관 막(5)이 단부 측에서 고정되는 헤드 부재(1)의 접속면(7)은 방사상으로 형성되는데, 그 경우에, 공기 도관(16)과 액체를 안내하는 보어(15) 사이의 환형 면에 섬유 다발이 충전되어, 접속면(7)은 액체 보어(15) 사이의 구역까지 연장된다. 도 3으로부터, 모세관 막(5)이 매우 조밀한 묶음으로 배치되는 것을 알 수 있다. 미 처리수는 대체로 섬유 다발의 외면을 통과해, 모세관 막(5)의 종방향으로 흘러 나간다. 또한, 섬유 다발(4)은 내부로부터 공기를 주입 받는다.

도 4는 단면 A-A를 따른 막 필터의 단면도를 나타낸 것이고, 도 5에는 도 3의 단면 B-B를 따른 단면도가 도시되어 있다. 그러한 도면으로부터, 헤드 부재(1)가 필터실을 형성하는 관형 케이싱(17)과 분리 가능하게 결합되는 것을 알 수 있다. 헤드 부재(1)와 케이싱(17) 사이의 연결은, 미도시된 통상의 급속 작동 타글 레버식 체결 도구에 의해 이루어질 수 있다.

헤드 부재(1)를 적절히 구성함으로써, 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이 다수의 막 필터를 직렬로 배치할 수 있다. 헤드 부재(1)는 섬유 다발(4)과는 반대의 단면이 또 다른 동일한 막 필터의 관형 케이싱(17)과 결합된다. 투과액 출구(3)는 헤드 부재(1)의 외주에 배치된다. 막 필터의 투과액 출구는 공통의 수집 라인에 연결될 수 있음을 이해해야 할 것이다.

도 7에 도시된 구성에서는 헤드 부재(1)에 다수의 섬유 다발(4)이 연결되는데, 그 경우에 가스 주입 장치(8) 및 가스 주입 장치를 동심으로 둘러싸는 액체가 통과하는 보어(15)가 각각의 섬유 다발(4)에 부설된다. 헤드 부재(1)는 물과 공기에 대한 별개의 분배실(18, 19)을 구비하고, 그 분배실(18, 19)에는 미 처리수용 보어(15) 또는 공기 도관(16)이 연통된다. 각각 필터실(14)을 형성하고 모세관 막(5)으로 이루어진 섬유 다발(4)을 각각 포함하며, 모세관 막(5)의 종방향으로 미 처리수가 통과하여 흐르는 챔버는 헤드 부재(1)에 분리 가능하게 연결된다.

Claims (12)

1. 투과액 출구(3)가 마련된 투과액 집수실(2)을 구비하는 헤드 부재(1)와,

   투과액 집수실(2)을 향해 개방된 일단부가 헤드 부재(1) 내에 고정되고 타단부가 폐쇄된 모세관 막으로 이루어진 하나 이상의 섬유 다발(4), 그리고

   하나 이상의 공기 유출구(11)가 마련되고 섬유 다발(4)내에서 모세관 막(5)에 대하여 실질적으로 평행하게 연장되는, 입구 부재(10)를 구비한 가스 주입 장치(8)

   를 포함하고, 처리하려는 미 처리수(6)에 의해 둘러싸이는 섬유 다발(4)의 모세관 막(5)은 조밀한 묶음으로 헤드 부재(1)의 접속면(7)에 고정되며, 모세관 막(5) 내의 정화된 액체는 투과액 집수실(2)로 배출될 수 있고, 헤드 부재는(1)는 가스 주입 장치의 입구 부재(10)에 연결되는 공기 도관(16)을 포함하는 수처리용 막 필터에 있어서,

   모세관 막(5)은 투과액 집수실(2)을 향해 개방된 하단부가 헤드 부재(1) 내에 고정되고, 헤드 부재(1)는 처리하려는 미 처리수를 담은 저수조 중에 가라앉으며, 입구 부재(10)는 섬유 다발(4) 내에 배치됨과 동시에 조밀한 묵음으로 헤드 부재에 고정되며 그 상단부가 폐쇄된 모세관 막(5)에 의해 둘러싸이고, 섬유 다발(4)은 그 상단부가 클램핑되지 않고 미 처리수(6) 내에서 자유롭게 이동될 수 있게 종결되는 것을 특징으로 하는 수처리용 막 필터.
2. 제1항에 있어서, 헤드 부재(1)에 케이지(12)가 장착되며, 이 케이지는 섬유 다발(4)의 측방 이동을 규제하는 것을 특징으로 하는 수처리용 막 필터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 헤드 부재(1)는 미 처리수를 담은 저수조 내에 가라앉을 수 있는 프레임에 고정시키기 위한 연결 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리용 막 필터.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 입구 부재(10)는 외주 측에 보어(11)가 마련된 관형 섹션을 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리용 막 필터.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 입구 부재(10)는 환형 갭 노즐로서 이 환형 갭 노즐로부터 공기가 반경 방향으로 유출되는 것을 특징으로 하는 수처리용 막 필터.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 입구 부재(10)는 킥백 밸브(kick-back valve)를 구비하고, 공기 공급부의 압력 저하시에 밸브가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 수처리용 막 필터.
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