KR100785815B1 - 내부 흡입관이 장착된 연속 세정 관형 분리막 모듈 및 장치

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Abstract

Description

Claims

KR100785815B1

Publication number: KR100785815B1
Application number: KR1020060113304A
Authority: KR
Inventors: 정건용; 김종표; 김종범
Original assignee: 서울산업대학교 산학협력단
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2007-12-13

본 발명은 관형 분리막 내부에 농축수를 흡입한 후 배출할 수 있는 흡입관을 삽입함으로써, 관형 분리막 내부에 발생하는 농도 분극이나 막오염을 미연에 방지하는 내부 흡입관이 장착된 연속세정관형 분리막 모듈 및, 본 모듈을 이용한 폐수처리, 하수처리에 관한 것으로서, 관형 분리막은 세라믹막, 고분자막, 또는 금속막 등의 것으로, 운전시 관형 분리막 내부에 농도분극이나 혹은 막오염을 일으킬 수 있는 내부 흡입관을 보유할 수 있는 관경을 갖는 어떠한 관형 분리막에도 적용될 수 있으며, 내부 흡입관의 외경은 이를 보유한 관형 분리막 내경보다 작아야 하고, 내부 흡입관의 전 구간에 걸쳐 흡입 노즐이 정간격을 두고 천공되어 있으며, 내부 흡입관은 외부로 연결된 구동 모터 및 제어장치에 의해 관형분리막 내부에서 왕복 회전운동을 함으로서 관형 분리막 표면에 형성되는 농도 분극층 또는 케이크 층 등 투과 저항층을 흡입, 배출하게 되어 농도분극 및 막오염층을 현저히 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 분리막 모듈을 장착한 시스템을 이용하여, 산업상의 활동으로부터 발생하는 폐수와, 생활하수, 오수, 축산폐수 등의 하폐수는 물론 정수처리 등 막오염이나 농도분극층이 발생하는 공정에 도입 가능하며 본 내부흡입관이 장착된 연속세정 관형분리막 모듈이 장착된 시스템을 사용하면 분리막의 세척주기 및 새로운 분리막으로의 교체 주기를 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 투과액의 질을 감소시키지 않으면서 투과량을 극대화할 수 있다.

관형분리막, 흡입관, 케익층, 농도분극, 분리막 모듈

내부 흡입관이 장착된 연속 세정 관형 분리막 모듈 및 장치{Tubular Membrane Module and System Equipped Reciprocated and Rotated Suction Tubing for Continuous Cleaning}

도 1은 본 발명에 따른 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈을 도식적으로 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명의 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈을 설치한 분리막 시스템을 도식적으로 나타내는 구성도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 지지대 11: 근접스위치 센서

12: 휠기어 13: 조임쇠

14: 내부 흡입관 15: 흡수공

16: 관형 분리막 17: 투과액 배출구

18: 집수조 19: 흡수농축액 배출로

20: 농축액 배출관 21: 하부 몸체

22: 몸체 23: 상부몸체

24: 공급액 유입로

100: 근접스위치 110: 모터

120: 관형분리막 모듈 130: 투과액

140: 농축액압력계 150: 유량계

160: 공급조 170: 배수밸브

180: 공급펌프 190: 펌프우회밸브

200: 펌프우회관 210: 공급밸브

220: 공급액압력계

본 발명은 신규한 내부 흡입관을 장착한 관형 분리막 모듈에 관한 것으로서, 침출수 또는 공장이나 산업상의 활동으로 발생하는 폐수, 폐용액 등을 관형 분리막으로 처리하거나 혹은 일반적인 분리막 공정으로 처리가 곤란한 고농도의 축산 폐수를 처리하거나 또는 점도가 높은 용액 혹은 혼합 액체 등을 분리막으로 일정 분자량 범위를 갖도록 분획(Fractionation)하거나 또는 상기 용액으로부터 염이나 이온 등 용질을 제거 분리하거나 또는 용액 내에 존재하는 콜로이드, 단백질 등 입자성 물질을 제거하거나 또는 정수장에서 정수용으로 분리막 모듈을 사용하는 것과 같이 분리막 공정을 산업적으로 이용함에 있어서, 분리막에 의해 배제되는 물질이 분리막 표면에 잔류하여 투과저항을 일으켜 투과유속의 감소를 초래하는 공정에 유 효한 관형 고분자 분리막 모듈 또는 관형 무기질 분리막 모듈 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.

분리막을 이용한 분리, 정제 및 분획은 산업 전반에 걸쳐 오늘날 광범위하게 이루어지고 있다. 분리막은 용액 또는 혼합물을 적은 에너지로 효과적으로 분리할 수 있으며 분리 후 제 3의 폐기물을 발생시키지 않고 간단한 조작에 의해 쉽게 원하는 목적을 달성할 수 있는 잇점을 지닌다.

이러한 분리막 모듈은 그 형태에 따라 크게 판틀형(Plate-and-frame type), 관형(Tubular type), 나권형(Spiral-wound type), 모세관형(Capillary-fiber type), 그리고 실관형(Hollow-fiber type) 막으로 구분된다. 실관형이나 나권형 분리막이 단위면적당 제조 단가가 낮고, 충전밀도가 높아서 많은 연구와 기술적 발전을 이루어왔으나 최근, 분리막 반응기로의 응용, 고농도의 폐수처리, 또는 조대 입자가 비교적 많은 용액의 처리 등에 있어서 매우 유리한 형태인 관경이 비교적 큰 관형 분리막에 대한 연구가 시도되고 있다. 특히 분리막의 수명을 획기적으로 연장시킬 수 있는 저오염형 분리막 공정의 요구시 가장 부합하는 형태로서의 분리막 모듈이 관형 분리막 모듈이다. 관형 분리막 모듈 및 이를 응용한 기술이 미국특허 4,200,531: 관형 분리막 분리장치, 4,231,875: 관형 반투과성 분리막을 이용한 확산장치, 4,255,255: 관형 분리막 공정 및 그 장치, 4,309,287: 역삼투 관형 분리막, 4,198,293: 관형 분리막 공정 및 그 장치, 6,376,116: 관형 고분자 분리막 연료전지 시스템, 6,267,801: 관형 수소투과막 제조 방법, 5,599,383: 관형 고상 분리막 모듈, 5,591,316: 관형 분리막 전극셀로 방호된 전착도장법, 5,352,610: 관형 분리막 어셈블리, 5,227,063: 관형 분리막 모듈, 5,141,640: 분리용 관형 분리막 모듈, 5,100,549: 관형 분리막 모듈, 4,976,866: 이온교환 혹은 흡착 공정에 유용한 동심 관형 분리막 장치 및 공정, 4,747,946: 관형 한외여과 분리막 모듈, 4,707,261: 관형 한외여과 분리막 모듈, 4,704,205: 고정나사 주변 액체 흐름을 유지하는 관형 분리막 모듈, 4,687,522: 관형 분리막 내표면 세척 방법, 4,654,137: 다관셀로 구성된 무한 확장 관형 분리막, 4,461,707: 한외 및 역삼투 관형 분리막 모듈, 4,326,960: 관형 투과 선택성 막 및 방법, 및 한국특허 312,166: 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액의 재처리 장치, 349,317: 자체 회전봉 장착형 프로펠러를 지니는 관형 분리막 모듈, 512,045: 관형 막 여과재 및 이를 이용한 재배 장치, 한국특허 공개 2001-0107892: 관형막 내부 공기주입에 의한 침지형 분리막 생물 반응기의 막오염 제어 방법 등에 개시되어 있다. 비록 관형 분리막이 기타의 모듈과 비교하여 상대적으로 낮은 오염성을 나타내지만, 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.

따라서 이러한 현상들에 의해 운전 시간이 지남에 따라 분리막 투과유속이 저하되고, 투과유속의 감소로 경제성을 상실할 경우 일반적으로 장치를 정지시킨 후 스폰지 볼 등으로 용질층을 제거하거나 화학 약품을 이용하여 세정하거나 혹은 물리적인 방법을 동원하여 세정하며, 세정 효과를 상실할 경우 새로운 막으로 교체한다.

상기 막오염이나 농도분극 등 투과 저항층을 제어하거나 감소시키기 위한 기술로서 내압형 관형막의 경우 나사 모양의 봉을 관형막 내부에 삽입하고, 외압형의 경우 하우징 내부에 나사식 홈을 만들어 분리가 수행되는 분리막 표면에 와류를 형성시키는 방법이 미국 특허 5,628,909 에 개시되어 있다. 그러나 상기 형태의 와류 형성 장치는 내부 삽입봉이나 외부 나사식 홈이 고정되어 단순히 수동적 와류 형성 장치에 불과하므로 그 효과가 크지 않다.

물질 분리에 관형막을 사용한 한국특허 312,166에서는, 철강 탈지공정의 세정액의 오염물을 제거하고 회수하여 공정수로 재이용하기 위하여 미량의 교류 전류를 처리수의 흐름 방향으로 공급하여 오염 물질 표면의 반발 전위를 순간적으로 진동시켜 합체 현상을 가속화하고 유분과 결합된 현탁 물질을 분리시켜 비중차를 변화시킴으로써 오염 물질로부터의 처리수 분리 회수 효율을 향상시키도록 하고 폐세정액에 적합한 분리막에 의해 연속여과하는 관형 분리막을 이용한 스트립 탈지 세정액 재처리 장치가 있다. 그러나 이들은 폐세정액에 의해 발생하는 관형 분리막 내부의 농도 분극을 제거하기 위한 수단을 구비하지 못하여, 분리막의 사용주기가 매우 단축되며, 생산수량도 급속 감소하는 문제점을 지녔다.

따라서, 본 발명자들은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과 본 발명에 이르렀다.

본 발명은 관형 분리막을 사용함에 있어서 분리막이 본질적으로 지니는 문제점인 분리막 표면에 형성되는 용질층이나 분리막 내부에 흡착 등의 형태로 발생하는 분리막 오염 또는 분리막 근처에 형성되는 농도 분극층을 보다 효과적으로 제거하여 투과액의 높은 유량을 보유하면서 장시간 운전이 가능하며, 저농도의 용액 뿐만 아니라 특히 고농도의 용액과 조대한 입자를 함유하는 거친 혼합폐액에서도 뛰어난 효과를 보이는 새로운 형태의 관형 분리막 모듈에 대한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 고농도 침출수, 분뇨, 축산 폐수 등을 처리하거나 정수장에서 정수를 실시하는 등에 있어서 뿐말 아니라, 특히 조대한 입자를 함유하는 거친 혼합 폐액의 처리시 관형 분리막 및 분리막 모듈을 사용함에 있어서 막오염을 저감시키며 분리막 표면에 용질층의 형성을 방해하거나, 또는 분리막 표면 근처에 형성되는 농도 분극 현상을 제거하여 분리막의 수명을 연장시키고 또한 막의 세정 시간을 최소화하여 배제율의 감소 없이 투과량을 최대화할 수 있는 새로운 형태의 왕복 축동형 관형 분리막 모듈 장치를 개발함으로서 관형 분리막을 보다 폭넓게 이용할 수 있도록 유도하는데 있다.

본 발명의 상기 목적 및 다른 목적과 특징 및 잇점은 하기 발명의 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 공급액의 성상, 관형막의 재질이나 형태에 구애되지 않고 적내부 흡입관을 장착할 정도의 관경을 가진 관형막을 이용하여 투과율의 저하 없이 분리 및 투과 기능을 수행하는 시스템에 있어서: 내부에 관형막(16)을 수용한 상태로 하부몸체(21), 몸체(22), 상부몸체(23)가 일체로 결합되고, 공급액 유입로(24)로 공급되는 용액(공급액)을 투과수와 농축수로 분리하는 본체; 그리고 상기 관형막(16)과 동일 중심선 상에 회전 가능하게 장착되고, 상기 하부몸체(21) 내부에 흡수 농축액 배출로(19)를 가지며, 상부 몸체(23)에서 외부로 공급액이 유출되지 못하도록 보유하는 조임쇠(13)를 가지며, 조임쇠 바깥으로 회전 및 왕복 운동 에너지를 전달하게 될 휠기어(12)와 왕복운동 방향 및 크기를 설정해 줄 근접스위치 센서(11)와 내부 흡입관을 전체적으로 지지해줄 지지대(10)를 갖는 내부 흡입관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때 관형 분리막(16) 내부에 위치하게 되는 내부 흡입관에는 우선 혹은 좌선의 흡수공(15)이 규칙적으로 배열되어 있으며, 흡수공의 크기는 흡입관의 직경, 유속 등에 의해 결정될 수 있으나 차압을 확대하기 위해서는 작아지고, 조대 입자가 선별되지 않은 경우에는 커지게 되도록 구비한다.

이때 상기 하부몸체(21)는 농축액의 배출관(20)을 구비하고, 흡입관으로부터 토출되어 나오는 농축액을 받아들인다.

또한 상기 내부 흡입관(14)은 흡수공(15)의 간격에 따라서 왕복운동의 길이가 결정되는데 흡수공(15)의 한 위치에서 다음 흡수공의 위치까지 최소한 중복되도록 구성 해야 하고 회전운동에 있어서도 이를 반영해야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈을 도식적으로 나타내는 구성도가 도시된다.

본 발명은 공급액의 성상, 관형막(16)의 재질이나 형태에 구애되지 않고 내부 흡입관을 장착할 정도의 적절한 관경을 가진 관형막(16)을 이용하여 투과율의 저하 없이 분리 및 투과 기능을 수행하는 시스템에 관련된다.

본 발명은 관형막을 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, 역삼투막을 이용함에 있어서 염 및 이온을 제거하거나 콜로이드, 단백질, 기름 에멀젼 등 입자성 물질을 한외여과막 또는 정밀여과막으로 제거하는 공정 등, 관형막을 사용함에 있어서 막 표면 근방에서 농도 분극층을 형성하거나 용질층을 형성할 수 있는 공정에서 이들 투과수 저항층을 제한하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 본체는 내부에 관형막(16)을 수용한 상태로 하부몸체(21), 몸체(22), 상부몸체(23)가 일체로 결합되고, 공급액유입로(24)로 공급되는 용액(공급액)을 투과수와 농축수로 분리하는 기능을 수행한다. 하부몸체(21)의 내부에는 흡수된 농축액을 배출하는 흡수농축액 배출로(19)가 설치되고, 이를 다시 모듈의 외부로 배출시키 위한 농축액 배출관(20)이 설치되어 농축액이 통과되고, 중간몸 체(22)의 바깥에는 분리막을 투과한 투과수가 집수되는 집수조(18)가 설치되며, 집수된 투과수는 투과액 배출구(17)를 통해 배출된다. 상부몸체(23)의 측면에 설치되는 공급액 유입로(24)로 공급액이 유입되고, 본체와 동축상 상부 몸체(23) 상부에 조임쇠(13)가 설치되모듈 내부의 유체가 외부 유출되는 것을 방지한다.

이때 상기 상부몸체(23)의 조임쇠 바깥으로 토출된 내부 흡입관의 연장선상에는 휠기어(12)가 구비되어 이와 직각을 이루는 모터의 휠기어와 맞물려서 내부 흡입관(14)이 왕복 운동과 회전운동을 동시에 가능하도록 하며, 회전속도와 왕복 속도는 모터의 빠르기에 의존하며, 왕복운동의 길이는 이후에 구비된 근접스위치 센서에 의해 결정된다. 근접스위치 센서로부터 신호를 받은 근접스위치는 모터 제어부와 연결되어 모터의 정회전과 역회전을 제어하고, 이를 통해 내부 흡입관의 왕복운동이 이루어진다.

도 2는 본 발명의 내부 흡입관을 가진 관형 분리막 모듈을 장착하여 투과 성능을 실험하기 위한 연속식 분리막 시스템으로서, 배수밸브(170)가 장착된 공급조(160)로부터 공급액을 공급받기 위해 공급펌프(180)가 설치되었으며, 또한 공급펌프 우회관(200)이 및 펌프우회밸브(190)가 유량 조절을 위해 설치되고, 공급액은 관형분리막 모듈(120)로 유입되기 전 공급액 압력계(210)에 의해 압력이 측정되어진다. 관형 분리막 모듈에는 내부 흡입관을 왕복 회전 운동시키기 위한 모터(110)와 근접스위치(100)가 설치되어 있고, 분리막을 투과한 투과액을 배출할 투과수 배출관(130)이 구비된다. 분리막에서 농축된 농축액은 농축액 압력계(140)에 의해 출구 압력이 측정되어지고 유량계(150)에 의해 유량이 측정되어진 후 공급조(160)로 재순환된다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하는 바, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1>

세라믹으로 제조된 직경 10 밀리미터 길이 20 센티미터, 기공크기 0.6 마이크론인 관형 분리막을 도 1의 내부 흡입관이 장착된 분리막 모듈에 장착하고, 도 2의 내부 흡입관을 관형 분리막 내부에 삽입한 분리막 모듈을 도 3의 시스템에 설치한 후, 벤토나이트 0.5 중량부 수용액을 사용하여 벤토나이트의 투과유속 및 배제율을 측정하였다. 내부 흡입관은 8 밀리미터 직경을 가지며 재질은 스테인레스 스틸 316으로서 분당 30 회전하고, 동시에 1분에 3센티미터를 왕복한다. 운전압력 1.0 기압, 공급액 유입 유량은 분당 0.5 리터(0.5 LPM)에서 1시간 동안의 운전 결과를 표 1 에 나타내었다. 내부 흡입관의 회전수는 모터에 연결된 휠기어의 회전속도를 이용하여 측정하였고, 왕복운동 길이는 근접스위치에 의해 조절되며, 벤토나이트의 배제율은 탁도계를 이용하여 측정하였다.

측정결과 투과 유속은 운전시간이 경과함에 따라 감소하는 형태를 보였으나 그 감소 정도가 비교 실시예에 나타낸 바와 같이 내부 흡입관이 존재하지 않는 경우와 비교하여 매우 작은 값을 나타내었으며, 내부 흡입관이 존재하지 않은 경우와 비교하여, 운전 1시간 경과 후 투과유속의 증가율은 85 퍼센트의 상승효과가 있었다. 또한 벤토나이트의 배제율을 측정한 결과를 표 2에 나타내었는데, 내부 흡입관 이 장착된 경우가 그렇지 않은 경우와 비교하여, 약간 높게 나왔는데, 이는 내부 흡입관에 의해 용질인 벤토나이트가 분리막 표면으로부터 지속적으로 감소되어 분리막 투과를 효과적으로 차단했기 때문이다.

시간(분)		10	20	40	60
투과유속 (ℓ/㎡hr)	실시예 1	52	48	43	41
투과유속 (ℓ/㎡hr)	비교 실시예	41	30	24	22
투과유속 증가율(%)		27	61	82	85

시간(분)		10	20	40	60
배제율 (%)	실시예 1	99.5	99.4	98.9	99.5
배제율 (%)	비교 실시예	96.4	95.4	96.8	95.7

<실시예 2>

폴리비닐리덴플우로리드(PVDF)로 제조된 직경 5센티미터, 길이 30 센티미터분획분자량이 100,000 달톤인 한외여과 관형막을 도 1의 내부 흡입관이 장착된 분리막 모듈에 장착하고 도 2의 내부 흡입관을 관형 분리막 내부에 삽입한 분리막 모듈을 도 3의 시스템에 설치한 후, 벤토나이트 활성 슬러지를 포함하는 하수를 사용하여 하수의 투과유속 및 배제율을 측정하였다. 내부 흡입관은 직경이 1, 3, 4.6 센티미터를 가지며 재질은 메타크릴레이트로서 분당 30 회전하고, 동시에 1분에 3센티미터를 왕복한다. 운전압력 2.0 기압, 공급액 유입 유량은 분당 5 리터(5 LPM)에서 1시간 동안의 운전 결과를 표 3 에 나타내었다. 내부 흡입관의 직경이 1센티미터인 경우 삽입 효과가 거의 발생하지 않았는데, 이는 분리막 표면과 거리가 멀기 때문에 표면에 부착된 용질을 효과적으로 제거하지 못하기 때문이다. 그러나 내부흡입관의 직경이 3센티인 경우는 비교 실시예와 비교하여 분명히 투과유속 상승효과가 있으며, 시간이 경과할수록 상승효과는 증가하여 운전 한 시간 후 투과유속의 증가율은 약 40%에 이르렀다. 이러한 상승효과는 내부흡입관의 직경이 4.6 센티미터인 경우 더욱 두드러지고 있어서, 운전 한 시간 후 약 62%의 투과유속 상승효과가 있었다. 활성슬러지의 배제율을 측정한 결과를 표 4에 나타내었는데, 높은 투과유속의 유지에도 불구하고 어느 경우에나 배제율은 거의 변화가 없었고, 90퍼센트 이상의 비교적 높은 배제율을 유지하였다.

시간(분)			10	20	40	60
투과유속 (ℓ/㎡hr)	흡입관 직경 (cm)	1	29.4	21.8	16.2	16.7
		3	28.6	24.3	22.8	22.2
		4.6	33.4	28.8	26.1	25.4
	비교 실시예		27.3	19.9	16.5	15.7

<실시예 3>

미세캡슐 속에 자스민 추출물을 보유한 마이크로 에멀젼 2.0 중량부의 수용액을 분리 농축하기 위해, 직경 5 센티미터, 길이 30 센티미터, 기공크기 0.8 마이크로미터인 세라믹 막을 도 1의 분리막 모듈에 장착 한 후 <실시예 1>에서와 같은 방법으로 실험하였다. 내부에 삽입된 내부 흡입관은 <실시예 2>에서 사용한 직경 4.6 센티미터의 것이다. <실시예 1>과 비교하여 투과유속 자체의 증가는 있었으나 내부 흡입관이 없는 경우와 비교하여 투과유속의 증가는 <실시예 1>과 유사하였다. 투과유속을 표 5에, 배제율을 표 6에 각각 나타내었다.

시간(분)		10	20	40	60
투과유속 (ℓ/㎡hr)	실시예 3	112	101	95	89
투과유속 (ℓ/㎡hr)	비교 실시예	79	61	53	48
투과유속 증가율(%)		41	65	78	89

시간(분)		10	20	40	60
배제율 (%)	실시예 3	96	97	93	95
배제율 (%)	비교 실시예	95	94	91	95

<비교 실시예>

내부 흡입관이 장착되지 않은 관형막 모듈을 도 3의 분리막 시스템에 설치한 후 벤토나이트, 활성슬러지, 자스민 캡슐 에멀젼 등의 수용액에 대해 <실시예 1>, <실시예 2> 및 <실시예 3>의 방법으로 실험한 결과를 표 1, 표 2, 표 3, 표 4, 표 5 및 표 6에 비교하여 나타내었다. 이상의 실시예들에서 나타난 결과를 비교할 때 내부 흡입관이 관형 분리막에 근접할수록 뛰어난 효과를 나타내었으나 분리막 표면에서 멀어질 경우그 효과가 지극히 제한적이었으나, 내부 흡입관이 없을 경우 어느 경우에나 투과유속의 감소폭이 상대적으로 컸다. 이는 분리막 표면에 침착된 용질이 점점 분리막의 기공을 폐쇄시키기 때문이다. 따라서, 상기 실시예에서 보듯이 관형 분리막 내부에 분리막 표면에서의 오염물을 제거하기 위한 내부 흡입관을 삽입할 경우 뛰어난 세정 효과를 주고 있었다.

이와 같이 본 발명에 의하면 관형 분리막을 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.

본 발명에 따른 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈 및 이를 장착한 시스템 시스템은 분리막 표면 또는 근처에서 형성되는 막오염이나 농도 분극 등을 유발하는 용질층을 시스템을 중단하지 않고, 효과적이고 연속적으로 제거함으로써 투과 저항층에 의해 야기되는 투과유속의 감소를 막을 수 있어 지속적으로 높은 투과유속을 유지할 수 있으며, 막오염을 사전에 예방함으로써 분리막의 수명을 획기적으로 연장할 수 있다. 따라서, 본 발명의 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈 및 이를 장착한 분리막 시스템을 이용하여 식품산업에서의 쥬스의 농축이나, 유제품 농축, 환경분야에서 하폐수 처리, 축산분뇨 처리, 침출수 처리 및 정수 시설, 생물산업에서의 각종 발효조로부터 생산되는 발효액의 분리 농축 등에 적용할 수 있으므로 보다 폭넓게 관형 분리막 시스템을 응용할 수 있다.

흡입관 직경 (cm)

관형 분리막을 이용하여 공급액의 성상, 관형막의 재질이나 형태에 구애되지 않고 적절한 관경을 가진 관형막을 이용하여 투과율의 저하 없이 분리 및 투과 기능을 수행하는 시스템에 있어서;

내부에 관형막을 수용한 상태로 하부몸체, 중간몸체, 상부몸체가 일체로 결합되고, 유입구로 공급되는 용액(공급액)을 투과수와 농축수로 분리하는 관형 분리막을 수용한 본체; 그리고

상기 관형막과 동일 중심선 상 관형막 내부에 회전하면서 축중심을 따라 왕복운동을 하면서 분리막 표면에 흡착된 용질층을 내부로 흡수하므로써 분리막 표면이 연속적으로 세정되어 투과수 저하가 감소되는 것을 특징으로 하는 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈.
제1항에 있어서,

상기 내부 흡입관의 크기는 상기 관형 분리막 관경 대비 98 퍼센트 이하이고 상기 내부 흡입관과 상기 관형 분리막 내부 표면 사이의 간극이 0.5 밀리미터 이상인 것을 특징으로 하는 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈.
제1항에 있어서,

상기 내부 흡입관은 외부 동력을 전달할 수 있는 기어 및 센서 감지기가 장착된 상부, 상기 관형 분리막 내부에서 차압에 의해 오염물을 흡수시킬 수 있는 천공 및 흡수된 오염물을 차압에 의해 이송할 통로가 구비된 중심부, 중심부의 오염물을 배출할 통로가 구비된 하부로 구성되는 것을 특징으로 하는 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내부 흡입관의 상부는, 장착된 상기 관형 분리막 내부에서 왕복 회전 운동이 이루어질 수 있도록 외부에서 모터와 연결된 상기 내부 흡입관 근처에 감지기가 장착되어 감지기에 의해, 모터가 정회전과 역회전을 반복함으로서 상기 내부 흡입관의 왕복 회전 운동이 완성되는 것을 특징으로 하는 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내부 흡입관의 하부 끝은 개구로서, 상기 관형 분리막의 하부 바깥으로 연장되어 있으며, 상기 관형 분리막의 하부 종말점에서 상기 내부 흡입관과 상기 관형 분리막 사이를 차단함으로써 상기 내부 흡입관의 외부와 내부 사이의 차압을 상승시키는 것을 특징으로 하는 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내부 흡입관의 하부 끝은 개구로서, 상기 관형 분리막의 하부 바깥으로 연장되어 있으며, 이를 더욱 연장하여 상기 관형 분리막 모듈의 바깥으로 나오게 함으로써 상기 내부 흡입관의 외부와 내부 사이의 차압을 더욱 상승시키는 것을 특징으로 하는 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈.
제1항에 있어서,

상기 관형 분리막은 세라믹, 금속, 고분자 또는 이들의 혼합물로 구성되고, 관경은 3 밀리미터 이상의 것으로 정밀여과막, 한외여과막 또는 나노여과막으로서 액상의 물질을 처리할 수 있는 용도의 것을 특징으로 하는 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈.
제1항의 내부 흡입관이 장착된 관형 분리막 모듈, 공급조, 공급펌프, 시스템 우회관, 투과액 배출관 및 농축수 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 장치.