KR101083170B1 - 멤브레인 여과 유닛, 파이버 멤브레인으로부터 오염 물질을 제거하는 방법, 및 멤브레인 생물 반응기 - Google Patents

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Abstract

어레이내에서 연장하며, 적어도 일 단부에서 헤더(8)에 장착된 복수의 다공성 멤브레인(6)을 포함하는 멤브레인 모듈(5). 헤더(8)는 유체를 멤브레인(6)의 표면 또는 표면들을 따라서, 모듈(5)내로 분배하기 위한 다수의 분배 개구(11)를 가진다. 하나의 개방 단부(13) 및 다른 단부를 가지는 세장형 챔버(10)가 분배 개구(11)에 유체를 분배하기 위해 분배 개구(11)와 유체 연통한다.
혼합 챔버, 세정 혼합물, 분배 개구, 헤더, 멤브레인 모듈

Description

멤브레인 여과 유닛, 파이버 멤브레인으로부터 오염 물질을 제거하는 방법, 및 멤브레인 생물 반응기 {A MEMBRANE FILTERATION UNIT, A METHOD OF REMOVING A FOULING MATERIAL FROM FIBER MEMBRANES, AND A MEMBRANE BIOREACTOR}
본 발명은 관련 모듈 내로의 개선된 유체 분배 및 유동을 제공하도록 멤브레인 여과 모듈과 연계된 챔버를 이용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
폐수의 처리를 위한 멤브레인의 중요성은 급속하게 증대되고 있다. 멤브레인 공정은 폐수의 효과적인 3차 처리법으로서 사용되어 양질의 유출물을 제공할 수 있는 것으로 현재 잘 알려져 있다. 그러나, 자본 및 작동 비용이 엄청나게 요구될 수 있다. 멤브레인 모듈이 큰 공급 탱크 내에 침지되고 여과물이 멤브레인의 여과 측면에 인가된 흡입관을 통해 수집되는 함침 멤브레인 공정의 출현으로, 하나의 단계에서 생물학적 및 물리적 공정을 결합하는 멤브레인 생물 반응기(bioreactor)가 보다 밀집형이고 효율적이며 경제적일 것으로 기대된다. 그 다재성으로 인하여, 멤브레인 생물 반응기의 크기는 가정용으로부터(부패 탱크 시스템과 같은) 공동 및 대형 오수 처리까지의 범위로 형성될 수 있다.
멤브레인 여과 공정의 성공은 효과적이고 효율적인 멤브레인 세정법을 채택하는데 주로 좌우된다. 통상적으로 사용된 물리적 세정법은 액체 침투 또는 가스를 이용하는 백워시(backwash)[백펄스(backpulse), 백플러시(backflush)]와, 액체 내에 기포의 형태로 가스를 이용하는 멤브레인 표면 마찰세척(scrubbing) 또는 스코링(scouring)을 포함한다. 방법의 제2 형태의 예는 이시다(Ishida) 등의 미국 특허 제5,192,456호, 코테(Cote) 등의 미국 특허 제5,248,424호, 헨샤우(Henshaw) 등의 미국 특허 제5,639,373호, 헨샤우 등의 미국 특허 제5,783,083 및 PCT 출원 제W098/28066호에서 설명된다.
위에 언급된 예에서, 멤브레인 모듈이 함침되는 액체 시스템 내로 통상적으로 가압된 송풍기에 의해 가스가 주입되어 가스 기포를 형성한다. 그리고 나서 그렇게 형성된 기포는 멤브레인 표면에 형성된 오염 물질을 제거하기 위해서 멤브레인 표면을 세척하도록 위쪽으로 이동한다. 발생된 전단력은 초기 가스 기포 속도, 기포 크기 및 기포에 인가된 힘의 합성력에 의존한다. 이 해결 방법에서 유체 전송은 가스 부양 메커니즘의 유효성에 제한된다. 마찰세척 효과를 향상시키기 위해서, 더 많은 가스가 공급되어야 한다. 그러나, 이 방법은 많은 양의 에너지를 소모시키고, 효과적인 멤브레인 여과 영역을 감소시키는 안개(mist) 또는 거품을 형성시킬 수 있고, 멤브레인에 해를 끼칠 수도 있는 여러 개의 단점을 갖는다. 또한, 고농도의 고형물의 환경에서, 탈수된 고형물에 의해 가스 분배 시스템이 점차 로 막히게 되거나 단순히 가스 유동이 우연하게 멈출 때 막히게 될 수도 있다.
대부분의 모세관의 멤브레인 모듈의 경우에, 멤브레인은 모듈의 중간(긴 방향)에서 가요성이 있지만 양쪽의 포팅된(potted) 헤드 쪽에서는 보다 팽팽해지고 가요성이 적은 경향이 있다. 이러한 모듈이 고농도의 부유물을 함유하는 환경에서 사용될 때에, 고형물은 특히 두 개의 포팅된 헤드의 부근에서 일단의 멤브레인 내에 쉽게 포획된다. 고형물의 집적을 감소시키는 방법은 가스 마찰세척이 멤브레인을 마찰세척하도록 이용될 때의 모듈 형상 및 유동 분포의 개선을 포함한다.
본 출원인의 이전 국제 출원 제WO00/18498호는 멤브레인의 표면을 효과적으로 세정하기 위해 가스 및 액체의 혼합의 사용을 기술한다. 여기서 기술된 배열 및 방법은 효과적인 멤브레인 표면의 세척을 달성하는 다른 간단한 방법을 제공한다.
본 발명은 적어도 그 실시예에서, 종래 기술의 단점 중 일부를 극복 또는 적어도 개선시키는 것을 추구하거나, 적어도, 대중에게 유용한 대안을 제공한다.
일 태양에 따라서, 본 발명은 어레이내에서 연장하면서, 적어도 하나의 단부가 헤더에 장착되는 복수의 다공성 멤브레인과, 챔버를 포함하는 멤브레인 모듈이며, 상기 헤더는 상기 멤브레인의 표면 또는 표면들을 따라, 상기 모듈내로 유체를 분배하기 위한 다수의 분배 개구를 가지고, 챔버는 하나의 개방 단부와, 상기 유체 를 상기 분배 개구에 분배하기 위해 상기 분배 개구와 유체 연통하는 다른 단부를 가지는 멤브레인 모듈을 제공한다.
대안적 태양에서, 본 발명은 적어도 한 단부에서 복수의 각 헤더에 장착되고, 어레이로 연장하는 복수의 다공성 멤브레인과, 챔버를 포함하는 멤브레인 모듈 조립체이며, 상기 헤더는 상기 멤브레인의 표면 또는 표면들을 따라서, 상기 멤브레인 모듈 조립체내로 유체를 분배하기 위해 그 사이에 다수의 분배 개구를 제공하도록 구성되고, 챔버는 하나의 개방 단부와, 상기 유체를 상기 분배 개구로 분배하기 위해 상기 분배 개구와 유체 연통하는 다른 단부를 가지는 멤브레인 모듈 조립체를 제공한다.
본 발명의 일 형태에서, 유체는 가스, 일반적으로는 공기일 수 있으며, 본 발명의 다른 형태에서, 유체는 가스와 액체의 혼합물, 일반적으로는 공기와 공급 액체의 혼합물일 수 있다.
여기서 사용되는 용어 액체는 액체내에 현탁된 고형물 또는 무기물을 포함하는 현탁액, 물내의 생물자원의 현탁액, 농밀한 물 등 또는 이들의 혼합물 같은 액체 공급물로서 일반적으로 간주되는 다른 재료의 범위를 포함하는 것으로서 본 기술의 숙련자들에게 친숙하다.
챔버는 세장형(細長型)인 것이 바람직하다. 즉, 상기 챔버의 길이는 멤브레인이 챔버내로 도입된 가스 및 액체에 침지될 때, 가스가 상기 분배 개구로 흐르기 위한 헤드 손실과 등가인 정적 헤드를 제공하기 위해 필요한 것 보다 큰 것이 바람직하다. 즉, 챔버의 길이는 모든 가스가 챔버의 개방 단부가 아닌 분배 개구를 통한 매니폴드 또는 공급 소스로부터 흐르기에 충분하여야 한다.
혼합 챔버라는 용어를 사용하지만, 혼합 합류부로서 본 발명을 설명하는 것도 가능하다.
일부 실시예에서, 챔버는 모든 측부상에서 둘러싸여진다. 그러나, 챔버가 충분히 치수설정되는 경우, 그 측부를 포위되게 할 필요가 없을 수 있다. 단지 예로서, 멤브레인 모듈 또는 모듈의 어레이가 복수의 헤더를 가지는 선형 어레이의 형태인 경우, 이때, 챔버를 두 개의 가장 긴 측부를 따라 포위시키는 것만으로 충분할 수 있다. 멤브레인 모듈은 챔버가 포위형(enclosing) 긴 측부를 가지는 연장된 선형 어레이의 형태인 것이 바람직하다. 멤브레인 모듈은 챔버가 비포위형 짧은 단부를 가지는 연장된 선형 어레이의 형태인 것이 보다 바람직하다.
또 다른 대안에서, 챔버는 측부를 갖지만 상단부를 갖지 않을 수 있다. 이런 경우에, 챔버의 측부는 헤더 또는 헤더의 그룹 아래에 실질적으로 스커트를 형성하도록 위치된다. 이런 경우에, 챔버의 측부는 평행하지 않을 수 있으며, 예로서, 헤더를 향해 내향 경사질 수 있다.
챔버는 소정 구조의 멤브레인 모듈을 수납하기 위해 필요한 바에 따른 소정의 형상으로 이루어질 수 있다. 양호한 실시예에서, 헤더 또는 헤더들은 클로버형 매니폴드에 장착된다. 클로버 매니폴드는 위에서 볼 때 매니폴드가 클로버 잎 형상이기 때문에 이렇게 지칭된다. 본 발명을 이 일 양호한 실시예를 참조로 설명하였지만, 매니폴드는 소정의 원하는 족적(footprint)을 가지도록 구성될 수 있으며, 예로서, 이는 선형, 직사각형, 정사각형, 육각형 등일 수 있다.
다른 태양에 따라서, 본 발명은 멤브레인 모듈을 형성하도록 어레이내에서 종방향으로 연장하는, 어레이내에 장착된 복수의 다공성 중공 파이버 멤브레인으로부터 오염 물질을 제거하는 방법이며, 상기 멤브레인 모듈과 유체 연통하는 챔버에 가스의 소스를 제공하는 단계와, 상기 모듈이 액체내에 침지될 때, 내부에 가스 기포를 형성하도록 챔버로부터 멤브레인 모듈의 기부내로 가스를 유동시켜, 중공 파이버 멤브레인의 표면을 가로지른 가스 기포의 상향 흐름을 얻고, 오염 물질을 다공성 중공 파이버 멤브레인의 표면으로부터 분리시키는 단계를 포함하는 오염 물질 제거 방법을 제공한다.
가스의 소스는 챔버 자체내부 또는 챔버 아래 중 어느 하나로부터 챔버에 제공될 수 있다.
상기 챔버는 세장형이고, 하나의 단부가 개방되어 있고, 다른 단부가 멤브레인 모듈과 유체 연통하는 것이 바람직하다. 필요에 따라, 가스는 챔버의 개방 단부를 통해 제공될 수 있다.
다른 태양에 따라서, 본 발명은 멤브레인 모듈을 형성하도록 어레이내에서 종방향으로 연장하며, 어레이내에 장착되어 있는 복수의 다공성 중공 파이버로부터 오염 물질을 제거하는 방법이며, 혼합 챔버내에서 가스 기포와 액체의 혼합물을 형성하는 단계와, 멤브레인 모듈의 기부내로 혼합물을 주입하여, 중공 파이버 멤브레인의 표면을 가로지른 혼합물의 상향 흐름을 얻고, 다공성 중공 파이버 멤브레인의 표면으로부터 오염 물질을 분리시키는 단계를 포함하는 오염 물질 제거 방법을 제공한다.
필요에 따라, 혼합물 형성 단계는 가스 기포를 액체 스트림내로 함입시키는 것을 포함한다. 가스 기포는 챔버에 의해 상기 액체 스트림내에 함입되는 것이 바람직하다. 다른 필요에 따라, 제트, 노즐, 이젝터, 추출기, 주입기 등을 포함하는 장치 같은 가스 기포는 기체 및 기포의 혼합물을 형성하도록 가스를 액체에 강제 혼합시키는 장치에 의해 상기 액체 스트림내로 함입 또는 주입되는 것이 바람직하다. 가스는 공기, 산소 가스상 염소 또는 오존을 포함할 수 있다. 공기는 마찰세척 및/또는 에어레이션의 목적을 위해 가장 경제적이다. 가스상 염소는 멤브레인 표면에서의 화학 반응에 의해 세정 효율을 향상시키고, 마찰세척 및 소독을 위해 사용될 수 있다. 오존의 사용은 가스상 염소에 대해 상술된 유사한 효과 이외에, DBP(살균 부산물) 전구체를 산화하고, 비생물분해성 NOM들(천연 유기물)을 생물분해성 용존 유기 탄소로 변환하는 것 같은 부가적인 특징을 갖는다.
혼합 챔버에 진입하는 공기는 혼합 챔버로 진입하는 액체의 소스로부터 멀어지는 방향으로 편향되는 것이 일반적으로 바람직하다. 혼합 챔버에 진입하는 공기는 예로서, T-부재 또는 배플에 의해 편향되는 것이 바람직하다. 액체는 노즐에 의해 혼합 챔버에 진입하는 것이 바람직하다.
다른 태양에 따라서, 본 발명은 복수의 다공성 멤브레인과, 혼합 챔버를 포함하는 멤브레인 모듈이며, 상기 멤브레인은 서로 매우 근접하게 배열되고, 혼합 챔버는 세정 혼합물을 제공하도록 액체와 가스 기포를 함께 혼합하기 위해 상기 모듈과 유체 연통하며, 상기 멤브레인의 표면으로부터 오염 물질을 분리시키기 위해 상기 멤브레인의 표면을 따라 상기 세정 혼합물을 유동시키기 위한 수단을 포함하 는 멤브레인 모듈을 제공한다.
일 양호한 형태에 따라서, 본 발명은 멤브레인 모듈을 형성하도록 어레이내에 종방향으로 연장하며, 서로 매우 근접하게 배열되어, 어레이내에 장착되어 있는 복수의 다공성 중공 파이버 멤브레인의 표면으로부터 오염 물질을 제거하는 방법이며, 혼합 챔버내에 가스 기포 및 액체의 혼합물을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 혼합물은 상기 가스가 인출 및/또는 상기 가스내에 혼합되게 하도록 가스의 소스를 지나 상기 액체를 유동시킴으로써 상기 액체에 포획된 상기 가스 기포에 의해 형성되며, 상기 액체 흐름과 조합하여, 상기 맴브레인의 표면을 청소하고 멤브레인 모듈내부로부터 축적된 고형물을 제거하도록 각 멤브레인 사이에서 실질적으로 균일하게 상기 기포가 통과하도록 상기 멤브레인 모듈내로 상기 혼합물을 유동시키는 단계를 포함하는 오염물 제거 방법을 제공한다.
필요에 따라, 멤브레인은 다공성 중공 파이버를 포함하고, 파이버는 헤더내에서 각 단부에 고정되며, 하부 헤더는 혼합 챔버로부터 가스/액체의 혼합물이 그를 통해 도입되는 하나 이상의 구멍이 내부에 형성된다. 구멍은 원형, 타원형 또는 슬롯의 형태일 수 있다.
멤브레인은 다공성 중공 파이버를 포함하고, 파이버는 복수의 헤더내의 각 단부에 고정되며, 하부 헤더는 혼합 챔버로부터 가스/액체의 혼합물이 그를 통해 도입되는 다수의 분배 개구를 그 사이에 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다.
파이버는 통상적으로 하부 단부에서 밀봉되고, 그 상부 단부에서 개방되어 여과물의 제거를 가능하게 하지만, 일부 배열에서는 파이버가 양 단부에서 개방되 어 하나 또는 양 단부로부터 여과물을 제거할 수 있게 할 수 있다. 상술된 세정 프로세스는 평판 또는 판 멤브레인 같은 다른 형상의 멤브레인에 마찬가지로 적용가능하다는 것을 인지하여야 한다.
대안적으로, 멤브레인은 평판 또는 커튼형 중공 파이버 모듈일 수 있으며, 헤더내의 개구가 평판에 평행하게 구성될 수 있다.
또 다른 대안 실시예에서, 개구를 갖지 않는 복수의 헤더가 사용될 수 있으며, 이들은 헤더 사이의 간극이 멤브레인을 마찰세척하기 위해 유체 및 가스 기포를 위한 개구 또는 개구들을 형성하도록 이격 배치된다.
이 대안적 태양의 실시예에서, 멤브레인 모듈은 어레이내에서 연장하면서 헤더에 포팅되어 있는 복수의 다공성 멤브레인을 포함한다. 상기 모듈은 상기 헤더가 상기 멤브레인의 표면을 따라 상기 모듈내로 유체를 분배하기 위해 그 사이에 다수의 분배 개구를 제공하도록 구성되며, 챔버가 하나의 개방 단부와 상기 분배 개구에 상기 유체를 분배하기 위해 상기 분배 개구와 유체 연통하는 다른 단부를 갖는 방식으로 장착된다.
특히, 어떠한 개구도 하부 헤더내에 존재하지 않는 평판 멤브레인 또는 커튼형 중공 파이버 모듈의 경우에, 유체 및 가스 기포를 위한 개구 또는 통로가 모듈 사이의 간극 또는 간극을 벗어나 매우 근접하게 장착 모듈에 의해 형성될 수 있다.
혼합 챔버는 어레이내 다수의 모듈을 수납할 수 있다.
또 다른 태양에 따라, 본 발명은 각 단부에서 각 포팅 헤드에 장착되며, 각 포팅 헤드 사이에서 종방향으로 연장하는 복수의 다공성 중공 멤브레인 파이버를 포함하는 멤브레인 생물 반응기에 사용하기 위한 멤브레인 모듈이며, 상기 멤브레인 파이버는 서로 매우 근접하게 배열되고, 상기 파이버는 그 사이에 공간을 형성하도록 적어도 그 각 포팅 헤드에서 또는 그에 근접하게 다수의 번들로 구획화되며, 혼합 챔버가 액체 및 가스의 소스로 개구 또는 그에 연결되며, 상기 포팅 헤드 중 하나는 사용시, 기포가 상기 멤브레인 파이버의 표면을 지나 이동하여 그로부터 오염물을 분리시키도록 상기 모듈내에 가스 기포를 제공하기 위해 상기 챔버와 유체 연통하도록 내부에 형성된 개구의 어레이를 가지는 멤브레인 모듈을 제공한다.
다른 태양에 따라, 본 발명은 각 단부에서 복수의 각 포팅 헤드에 장착되며, 복수의 각 포팅 헤드 사이에서 종방향으로 연장하는 복수의 다공성 중공 멤브레인 파이버를 포함하는 멤브레인 생물 반응기에 사용하기 위한 멤브레인 모듈이며, 상기 멤브레인 파이버는 서로 매우 근접하게 배열되고, 상기 파이버는 그 사이에 공간을 형성하도록 적어도 그 각 포팅 헤드에서 또는 그에 근접하게 다수의 번들로 구획화되며, 혼합 챔버가 액체 및 가스의 소스로 개구 또는 그에 연결되며, 상기 포팅 헤드는 사용시, 기포가 상기 멤브레인 파이버의 표면을 지나 이동하여 그로부터 오염물을 분리시키도록 상기 멤브레인 모듈 조립체내에 가스 기포를 제공하기 위해 상기 챔버와 유체 연통하도록 사이에 다수의 분배 개구를 제공하게 구성되는 멤브레인 모듈을 제공한다.
사용되는 액체는 멤브레인 모듈에 공급될 수 있다. 파이버 및/또는 파이버 번들은 비록 그렇게 하지 않는 것이 바람직하지만, 포팅 헤드 사이에서 서로 교차할 수 있다.
모듈내의 파이버는 약 5 내지 약 70% 사이의 패킹 밀도, 보다 바람직하게는 약 8 내지 약 55% 사이의 패킹 밀도(상술된 바와 같은)를 가지는 것이 바람직하다.
상기 분배 개구는 약 1 내지 40mm의 범위의 직경, 보다 바람직하게는 약 1.5 내지 약 25mm의 범위의 직경을 가지는 것이 바람직하다.
통상적으로, 파이버 내경은 약 0.1mm 내지 약 5mm이며, 약 0.25mm 내지 약 2mm인 것이 바람직하다. 파이버 벽 두께는 사용되는 재료 및 필요한 강도 대 여과 효율에 의존한다. 통상적으로 벽 두께는 0.05 내지 2mm 보다 빈번히는 0.1mm 내지 1mm이다.
필요에 따라서, 본 발명의 멤브레인 모듈은 액체의 소스로부터 멀어지는 방향으로 가스를 편향시키도록 구성된 상기 혼합챔버내의 편향기를 포함한다. 또한, 본 발명의 멤브레인 모듈은 액체가 혼합 챔버에 도입될 수 있게 하는 노즐을 포함하는 것이 바람직하다.
다른 태양에 따라서, 본 발명은 멤브레인 생물 반응기이며, 공급물을 그에 도입하기 위한 수단을 가지는 탱크와, 상기 탱크내에 활성화된 슬러지를 형성하기 위한 수단과, 상기 슬러지내에 침지되도록 상기 탱크내에 배치된 본 발명의 다른 태양에 따른 멤브레인 모듈을 포함하고, 상기 멤브레인 모듈은 상기 파이버 멤브레인의 적어도 하나의 단부로부터 여과물을 인출하기 위한 수단을 구비하는 멤브레인 생물 반응기를 제공한다.
또 다른 태양에 따라서, 본 발명은 상기 태양에 기술된 유형의 멤브레인 생물 반응기를 동작시키는 방법이며, 상기 탱크에 공급물을 도입시키는 단계와, 사 용시 세정 혼합물이 상기 멤브레인 파이버의 표면을 따라 흘러 그로부터 오염 물질을 분리하도록 상기 모듈내부로의 상기 개구를 통해 혼합 챔버내에서 형성된 가스 기포와 액체의 세정 혼합물을 주기적으로 또는 연속적으로 공급하면서, 상기 파이버에 진공을 인가하여 그로부터 여과물을 인출하는 단계를 포함하는 멤브레인 생물 반응기 동작 방법을 제공한다.
필요시, 다른 에어레이션 소스가 미생물 활성을 돕고 무산소(anoxic) 영역을 감소시키도록 탱크내에 제공될 수도 있다. 양호하게, 멤브레인 모듈은 탱크 내에서 수직으로 현수되고 상기 다른 에어레이션 소스는 현수된 모듈 아래에 제공될 수도 있다. 바람직하게, 다른 에어레이션 소스는 일단의 공기 침투성 튜브 또는 디스크를 포함한다. 멤브레인 모듈은 플럭스에 좌우되는 백워시와 함께 또는 백워시 없이 작동될 수도 있다. 생물 반응기에서 부유물의 고도의 혼합 용액(5,000 내지 20,000 ppm)은 잔류 시간을 상당히 감소시키고 여과 특성을 향상시키는 것을 보여주었다. 유기물의 감쇠(degradation)와 멤브레인 세정 모두를 위한 에어레이션의 결합된 사용은 MLSS의 고농도를 달성하는 동안 투과멤브레인(transmembrane) 압력을 현저히 증가시키지 않고 일정한 여과액 유동을 할 수 있는 것을 보여주었다. 구획된 일단의 파이버의 사용은 가스 세척 공정을 주로 포함시키지 않고 달성되도록 더 높은 패킹 밀도를 가능하게 한다. 이것은 더 높은 여과 효율을 얻도록 해준다.
본 발명에 따라서, 개선된 멤브레인 모듈, 멤브레인 모듈의 어레이, 멤브레 인 모듈 조립체, 복수의 다공성 중공 파이버 멤브레인으로부터 오염 물질을 제거하는 방법, 멤브레인 생물 반응기 및 멤브레인 생물 반응기 동작 방법이 제공된다.
이제, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명한다.
도면을 참조하여, 본 발명의 실시예가 본 출원인의 이전 출원이고 상호 참조로서 본원에 합체된 PCT 출원 제WO98/28066호 및 WO00/18498호에 개시된 형식의 멤브레인 모듈에 대해 설명될 것이지만, 본 발명은 다른 형태의 멤브레인 모듈에 동일하게 적용된다는 것이 명백하다.
도1에 도시된 바와 같이, 멤브레인 모듈(5)은 통상적으로, 헤더(8)에 의해 지지되는 포트(7) 내에 포팅되는 파이버형, 관형 또는 편평 시트 형상의 멤브레인(6)를 포함한다. 멤브레인은 통상적으로 지지 구조(도시 안함)에 수납된다. 도시된 실시예에서, 헤더(8)는 매니폴드(9) 아래에 위치된 개방 단부를 갖는 긴 챔버(10)로 연결되는 클로버 형상 매니폴드(9)에 커플링된다. 멤브레인 모듈은 통상적으로 공급 탱크에 침지되고, 멤브레인의 일단부 또는 양단부는 투과물 수집용으로 이용될 수 있다. 각각의 멤브레인 모듈(5)의 저부는 멤브레인 표면을 통과하여 공급되는 가스 또는 가스 및 액체 혼합물을 분배하기 위해 포트(7)에서 다수의 관통 개구(11)를 갖는다.
도2는 챔버(10) 내에서 가스 소스(12)를 제공하고 가스 소스(12)로부터 생성된 가스 유동 또는 가스 기포를 혼합하기 위해 챔버(10)를 통해 공급 액체를 유동 시킴으로써, 챔버(10)가 액체/가스 기포 혼합물을 생성하는데 이용되는 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 멤브레인 모듈이 통상적으로 공급 탱크에서 수직으로 현수됨에 따라, 가스는 클로버형 매니폴드(9)를 통해 위로부터 공급되지만, 가스는 임의의 바람직한 배열에 의해 챔버에 제공될 수 있다는 것은 명백하다. 챔버(10)는 기부(13)에서 개방되고, 챔버(10)내에서 소스(12)로부터 공급된 가스와 혼합시키기 위해 액체가 파이프(14)로부터 챔버(10)를 통해 상향으로 유동된다. 필요하다면, 액상이 가스 매니폴드로 진입하는 것을 방지하기 위해 비복귀식 밸브(도시안함) 등이 가스 소스(12)에 부착될 수 있다.
공급되기 전에 두 개의 유체가 챔버(10)내에서 혼합되고 분배 개구(11)를 경유하여 멤브레인 모듈(5)내로 균일하게 분배된다. 챔버(10)는 가스 소스(12) 및/또는 액체 또는 포획 및 혼합 장치로써 직접 연결될 수 있다.
도3을 참조하면, 챔버는 그 기부(13) 아래에 주입된 가스 및/또는 액체 유동을 포획하기 위한 장치로써의 그 응용예가 도시된다. 따라서, 유체 유동 에너지는 멤브레인 모듈(5) 내로 분배되기 전에 챔버(10)내에 집중된다. 이러한 배열에서, 챔버(10)는 그 기부(13)에서 다시 단부가 개방되지만, 가스 또는 액체는 소스로부터 공급되고, 이러한 경우 개방 단부 아래의 파이프(14)와 챔버는 분배 개구(11)에 연통시키기 위해서 다른 유체들의 상향 유동을 포획하는데 이용된다.
유사한 실시예가 도4에 도시된다. 본 실시예에서, 벤투리 장치(15) 등이 챔버(10)의 기부(13)에 위치된다. 벤투리 장치(15)는 입구(16)를 통해 가스를 흡입하고, 공급 입구(17)를 통해 유동하는 액체와 가스를 혼합 또는 함입하고, 가스 기 포를 형성하고, 챔버(10) 내로 액체/가스 혼합물을 확산시킨다. 액체/가스 혼합물은 챔버(10)로부터 상향으로 하부 헤더(8) 내로 통과하여 분배 개구(11)를 통과한다. 액체 공급은 또한 벤투리 장치(15)로부터 액체/가스 유동에 의해 챔버(10)의 개방 단부를 통해 인출된다. 함입된 가스 기포는 액체 유동을 따라 상향으로 이동하면서 막 표면과 마찰된다. 액체 공급 또는 가스는 시스템 요구에 따라 연속적 또는 간헐적으로 주입될 수 있다. 벤투리 장치에 의해, 가스 기포를 생성하고 블로어없이 시스템을 에어레이팅할 수 있다. 벤투리 장치(15)는 벤투리 튜브, 제트, 노즐, 이젝터, 이덕터, 주입기 등일 수 있다.
도3 및 4의 실시예들이 개방 단부를 갖는 챔버(10)를 도시하였지만, 폐쇄 챔버가 챔버 내로 직접 주입되는 가스 및 액체와 함께 이용될 수 있다는 것은 명백하다.
가스를 함입하기 위해 공통적으로 이용되는 액체는 공급수, 폐수 또는 여과되는 혼합 액체이다. 벤투리 등을 통해 이러한 작동 액체를 펌핑하는 것은 액체 내로 가스를 흡입하도록 진공을 생성시키거나 또는 블로어가 이용될 때 가스 토출 압력을 감소시킨다. 액체의 유동에 가스를 제공함으로서, 분배 개구(11)의 차단 가능성은 실질적으로 감소된다.
도5의 실시예에 도시된 배열은 또한 큰 입자에 의한 분배 개구(11)의 차단 가능성을 감소시키도록 제공된다. 이러한 실시예에서, 가스, 통상적으로 공기가 클로버형 매니폴드(9) 내로 주입되고, 챔버(10)는 멤브레인이 챔버(10) 내로 도입된 액체 및 가스에 침지될 때 가스가 분배 개구(11)로 유동하도록 하기 위한 헤드 손실과 동등한 정적 헤드를 제공하기 위해 요구되는 것보다 큰 길이 방향 치수를 갖는다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 가스가 위에서 진입함에 따라, 분배 개구를 통해 유동하는 가스가 챔버(10) 내의 압력과 동등하게 될 때까지 챔버(10) 내의 액체를 하향으로 압박하고, 가스가 챔버(10)의 하부 개방 단부(13)를 통해 외향으로 통과하는 것을 방지하도록 액체 밀봉부(18)를 형성한다. 이러한 배열은 큰 입자가 분배 개구(11) 내로 유동하는 공급 액체 내에 있는 것을 방지하고 분배 개구(11)를 차단하도록 형성된다. 이들 큰 입자는 일반적으로 챔버(10) 내에 잔류하고 공급 탱크의 통상적인 드레인 동안 제거될 수 있도록 중력 하에서 내려앉는다.
도6은 도3과 유사하지만 단일 멤브레인 모듈(5)을 갖는 배열을 도시한다. 챔버(10)는 소스(12)로부터의 가스 또는 액체/가스 유동을 포획하고 유동을 포트(7)의 개구(11)로 분배한다. 그 다음에 유동은 멤브레인(6) 사이에서 상향 통과된다. 도시된 실시예에서, 여과물이 상부 헤더(19)로부터 인출되고 스크린(20)이 멤브레인(6)을 지지하도록 헤더 사이에 제공된다.
도7은 소스(12)로부터의 가스 또는 액체/가스 유동이 편향기(30)에 의해 챔버(10) 내에서 편향되는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 편향기는 예를 들어, T자형 단편 또는 보다 상세히는 배플일 수 있다. 편향기는 바람직하게는 소스(14)로부터 공기 또는 액체의 유동을 방해하는 것을 방지하도록 기능한다. 도시된 특정 실시예에서, 소스(14)로부터 챔버 내로의 액체 유동은 노즐(15)을 경유한다. 편향기는 공기 소스(12)에 인접하여 부착되어 위치되는 것으로 도시되지만, 노즐(15)에 인접하여 부착되어 위치될 수 있다. 선택적으로, 공기 또는 가스 소스에 직접 부착되지 않고, 두 소스 중간에 배치될 수 있다.
노즐의 이용은 일반적으로 스파저(sparger)의 이용보다 바람직하다. 노즐은 가스 또는 액체가 통과하는 목부의 단면적이 점진적으로 감소되는 임의의 장치이다. 노즐은 비교적 낮은 에너지 손실을 갖고 고속의 유체 속도를 달성할 수 있기 때문에 특히 유리한 것으로 알려졌다. 이는 더 우수한 혼합을 달성한다.
도8은 본 발명에 따른 편향기의 일 특정 형상을 도시한다.
도9는 모듈의 선형 어레이를 마찰세척시키는데 적절한 본 발명의 특정 실시예를 도시한다. 복수의 어레이는 신장된 길이의 혼합 챔버(10)에 연결된다. 가스 매니폴드(12)는 혼합 챔버 아래에 배치되고 액체 소스(14)는 가스 매니폴드 아래에 배치된다. 노즐(15)은 바람직하게 이용된다. 액체 및 가스는 챔버 또는 그 아래에서 혼합되고 개구(11)를 경유하여 배출되고 상향으로 이동함에 따라 멤브레인(6)과 마찰된다.
본 발명의 다른 실시예 및 예시는 개시된 본 발명의 사상 또는 범주로부터 벗어남없이 가능하다는 것은 명백하다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 챔버 및 멤브레인 모듈의 측면도를 도시한다.
도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 챔버 및 멤브레인 모듈의 측면도를 도시한다.
도3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 챔버 및 멤브레인 모듈의 측면도를 도시한다.
도4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 챔버 및 멤브레인 모듈의 측면도를 도시한다.
도5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 챔버 및 멤브레인 모듈의 측면도를 도시한다.
도6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 챔버 및 멤브레인 모듈의 측면도를 도시한다.
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 챔버 및 멤브레인 모듈의 측면도를 도시한다.
도8a는 본 발명의 혼합 챔버에서 사용하기 위한 편향기의 바람직한 실시예를 도시한다.
도8b는 본 발명의 혼합 챔버에서 사용하기 위한 편향기의 다른 바람직한 실시예를 도시한다.
도9는 연장된 챔버 및 모듈의 선형 어레이의 바람직한 실시예를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5 : 멤브레인 모듈
6 : 멤브레인
7 : 포트
8 : 헤더
9 : 매니폴드
10 : 챔버
11 : 관통 개구
12 : 가스 소스

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  51. 멤브레인 여과 유닛이며,
    복수의 멤브레인 모듈로서, 각 멤브레인 모듈은 각각의 복수의 다공성 멤브레인을 포함하고, 복수의 다공성 멤브레인은 어레이 내에서 연장하면서 적어도 하나의 단부에서 헤더에 장착되어 있으며, 상기 헤더는 세정 유체를 상기 모듈 내로, 그리고, 상기 멤브레인의 표면 또는 표면들을 따라 분배하기 위한 다수의 분배 개구를 구비하는, 복수의 멤브레인 모듈과,
    멤브레인 모듈들의 헤더들을 지지하는 매니폴드와,
    상기 헤더 아래에 위치된 공통 챔버를 포함하고,
    상기 챔버는 챔버를 통한 공급 액체의 상향 유동을 촉진하도록 구성 및 배열되어 있으며,
    상기 챔버는 공급 액체의 소스와 유체 연통하는 개방 기부 단부와, 상기 복수의 멤브레인 모듈의 상기 분배 개구와 유체 연통하는 제2 단부, 및 상기 챔버 내로 가스를 도입하도록 구성 및 배열된 가스 입구를 포함하고,
    상기 챔버는 가스와 액체를 혼합하여 상기 세정 유체를 생성하도록 구성되고, 상기 세정 유체를 상기 복수의 멤브레인 모듈의 상기 분배 개구에 분배하도록 추가로 구성되는
    멤브레인 여과 유닛.
  52. 제51항에 있어서,
    매니폴드는 클로버형 매니폴드이고, 각 클로버 잎은 각각의 멤브레인 모듈 헤더를 보유하는
    멤브레인 여과 유닛.
  53. 제51항 또는 제52항에 있어서,
    상기 챔버는 세장형(細長型)이고, 상기 챔버의 길이는 멤브레인이 챔버 내로 도입된 가스 및 액체 내에 침지될 때 가스를 상기 분배 개구로 유동시키기 위한 헤드 손실과 등가인 정적 헤드를 제공하기 위해 필요한 것보다 큰
    멤브레인 여과 유닛.
  54. 제51항 또는 제52항에 있어서,
    상기 챔버는 모든 측부에서 포위되는
    멤브레인 여과 유닛.
  55. 제51항 또는 제52항에 있어서,
    상기 챔버는 복수의 멤브레인 모듈의 헤드 바로 아래에 스커트를 형성하도록 위치된 복수의 측부를 구비하는
    멤브레인 여과 유닛.
  56. 제51항 또는 제52항에 있어서,
    챔버의 기부에 위치된 벤투리 장치를 포함하고,
    벤투리 장치는 가스를 흡입하고, 가스를 액체와 혼합하거나 액체에 동반시키고, 가스 기포를 형성하며, 액체/가스 혼합물을 챔버 내로 확산시키는
    멤브레인 여과 유닛.
  57. 제51항 또는 제52항에 있어서,
    챔버는 챔버 아래에서 주입되는 액체 유동 및/또는 가스를 포획하기 위한 장치로서의 용도를 가짐으로써, 멤브레인 모듈 내로의 분배 이전에 유체 유동 에너지가 챔버 내에서 집중되는
    멤브레인 여과 유닛.
  58. 제57항에 있어서,
    챔버는 챔버의 기부에서 개방되고, 개방 단부 아래의 소스로부터 가스 또는 액체가 제공되며,
    챔버는 분배 개구에 연통시키기 위해 이들 유체의 상향 유동을 포획하기 위해 사용되는
    멤브레인 여과 유닛.
  59. 멤브레인 여과 유닛이며,
    복수의 멤브레인 모듈로서, 각 멤브레인 모듈은 각각의 복수의 다공성 멤브레인을 포함하고, 복수의 다공성 멤브레인은 적어도 하나의 단부에서 헤더에 장착되어 있으며, 상기 헤더는 유체를 상기 모듈 내로 분배하기 위한 다수의 분배 개구를 구비하는, 복수의 멤브레인 모듈과,
    복수의 멤브레인 모듈들의 헤더들을 지지하는 매니폴드와,
    액체와 가스 기포를 함께 혼합시킴으로써 세정 혼합물을 제공하도록 구성 및 배열된 개방 단부형 혼합 챔버로서, 상기 챔버는 공급 액체의 소스와 유체 연통하는 개방 기부를 구비하고, 상기 챔버는 챔버를 통한 공급 액체의 상향 유동을 촉진하도록 구성 및 배열되며, 상기 챔버는 복수의 멤브레인 모듈 아래에 배열되는, 개방 단부형 혼합 챔버와,
    개방 단부형 혼합 챔버 내에 배치된 가스 소스로서, 개방 기부 위로부터 하향 방향으로 개방 단부형 혼합 챔버 내로 가스를 도입하도록 구성 및 배열된 가스 소스와,
    상기 복수의 멤브레인 모듈의 상기 멤브레인의 표면으로부터 오염 물질을 분리하기 위해 상기 복수의 멤브레인 모듈의 상기 멤브레인의 표면을 따라 상기 세정 혼합물을 유동시키는 수단을 포함하는
    멤브레인 여과 유닛.
  60. 제51항, 제52항 또는 제59항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인 여과 유닛이며,
    멤브레인 생물 반응기에 사용되고,
    멤브레인은 각 단부에서 각각의 헤더에 장착되어 그 사이에서 종방향으로 연장하는 중공 멤브레인 파이버이고, 상기 파이버는 그 사이에 공간을 형성하도록 그 각각의 헤더에서 또는 그에 인접하여 다수의 번들로 구획화되며, 상기 헤더 중 하나는 상기 모듈 내에 세정 유체를 제공하기 위해 상기 챔버와 유체 연동하여 상기 가스 분배 개구가 형성되어 있고, 그래서, 사용시, 상기 세정 유체는 상기 멤브레인 파이버의 표면을 지나쳐 이동하여 멤브레인 파이버의 표면으로부터 오염 물질을 분리시키는
    멤브레인 여과 유닛.
  61. 제60항에 있어서,
    각 멤브레인 모듈 내의 파이버는 5 내지 70%의 패킹 밀도를 갖는
    멤브레인 여과 유닛.
  62. 제61항에 있어서,
    패킹 밀도는 8 내지 55% 사이인
    멤브레인 여과 유닛.
  63. 제60항에 있어서,
    상기 개구는 1 내지 40 mm의 범위의 직경을 갖는
    멤브레인 여과 유닛.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 개구는 1.5 내지 25 mm의 범위의 직경을 갖는
    멤브레인 여과 유닛.
  65. 제51항, 제52항 또는 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
    공급 액체의 소스로부터 멀어지는 방향으로 가스를 편향시키도록 구성된 상기 챔버 내의 편향기를 포함하는
    멤브레인 여과 유닛.
  66. 탱크 내부로 공급물을 도입하기 위한 수단과, 상기 탱크 내에 활성 슬러지를 형성하기 위한 수단과, 상기 탱크 내에서 상기 슬러지 내에 침지되도록 배치된 제51항, 제52항 또는 제59항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인 여과 유닛을 포함하고, 상기 멤브레인 모듈은 상기 멤브레인의 적어도 하나의 단부로부터 여과물을 인출하기 위한 수단을 구비하는 멤브레인 생물 반응기.
  67. 제66항에 있어서,
    미생물 활동을 돕기 위해 탱크 내에 추가적 에어레이션 소스가 제공되는
    멤브레인 생물 반응기.
  68. 제67항에 있어서,
    멤브레인 모듈은 탱크 내에 수직방향으로 현수되고, 상기 추가적 에어레이션 소스는 현수된 모듈 아래에 제공되는
    멤브레인 생물 반응기.
  69. 제67항에 있어서,
    추가적 에어레이션의 소스는 일단의 공기 침투성 튜브를 포함하는
    멤브레인 생물 반응기.
  70. 멤브레인 여과 유닛의 파이버 멤브레인으로부터 오염 물질을 제거하는 방법이며,
    멤브레인 여과 유닛은 각각의 헤더에 의해 매니폴드에 장착된 복수의 멤브레인 모듈을 포함하고, 각 멤브레인 모듈은 멤브레인 모듈을 형성하도록 어레이 내에서 종방향으로 연장하면서 적어도 하나의 단부에서 헤더에 장착되어 있는 복수의 다공성 중공 파이버 멤브레인을 포함하며, 상기 헤더는 상기 모듈 내로 세정 유체를 분배하기 위한 다수의 분배 개구를 구비하고,
    상기 방법은
    챔버를 통한 공급 액체의 상향 유동을 촉진하도록 구성 및 배열된 챔버를 제공하는 단계로서, 상기 챔버는 공급 액체의 소스와 유체 연통하는 개방 기부 단부와, 상기 복수의 멤브레인 모듈의 상기 분배 개구와 유체 연통하는 제2 단부와, 상기 챔버 내로 가스를 도입하도록 구성 및 배열된 가스 입구를 포함하고, 상기 챔버는 상기 세정 유체를 생성하기 위해 가스와 액체를 혼합하도록 구성되는, 챔버를 제공하는 단계와,
    챔버로부터 멤브레인 모듈의 기부 내로 상기 세정 유체를 유동시킴으로써, 분배 개구를 통한, 그리고, 중공 파이버 멤브레인의 표면을 가로지른 세정 유체의 상향 유동이 얻어지고, 오염 물질이 다공성 중공 파이버 멤브레인의 표면으로부터 분리되는
    오염 물질 제거 방법.
  71. 제70항에 있어서,
    상기 챔버는 세장형이고, 상기 챔버의 길이는 모듈이 상기 챔버 내로 도입된 액체 및 가스에 침지될 때 상기 분배 개구로 가스를 유동시키기 위한 헤드 손실과 등가인 정적 헤드를 제공하기 위해 필요한 것보다 큰
    오염 물질 제거 방법.
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