KR101319414B1 - One-body typed submerged hollow fiber membrane module and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모듈 케이스와 포팅뭉치가 일체형으로 구성되어 연결부로 인한 누수를 감소시킬 수 있고, 중공사막의 말단(1a)면이 모듈 케이스의 집수부 내 접착제 말단면(4)과 일치하게 열려있어서 투과수 흐름을 방해하지 않는 일체형 침지식 중공사막 모듈 및 그 제조방법을 제공한다.According to the present invention, the module case and the potting bundle are integrally formed to reduce leakage due to the connection part, and the end face 1a of the hollow fiber membrane is open to coincide with the adhesive end face 4 in the catchment part of the module case. Provided is an integrated submerged hollow fiber membrane module and a method of manufacturing the same, which do not interfere with water flow.
일체형 침지식 중공사막 모듈, 누수, 투과수 흐름. Integral Immersion Hollow Fiber Membrane Module, Leakage, Permeate Flow.
Description
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 일체형 침지식 중공사막 모듈 중 중공사막(1) 다발이 모듈 케이스 내에 고정되어 있는 부분을 나타내는 확대 단면도. 1 to 2 is an enlarged cross-sectional view showing a portion of the integrated immersion hollow fiber membrane module according to the present invention, the hollow fiber membrane (1) bundle is fixed in the module case.
도 3은 본 발명의 제 1 공정에 의해 제조된 포팅뭉치의 단면 개략도.Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the potting bunch produced by the first process of the present invention.
도 4 내지 도 5는 본 발명에 의해 제조된 일체형 침지식 모듈의 단면 개략도.4 to 5 are cross-sectional schematic diagrams of integrated submerged modules produced by the present invention.
도 6은 투과수 집수부(3) 내에 중공사막의 말단(1a)이 집수부 내 접착제 말단면(4)보다 돌출된 형태를 갖는 종래의 침지식 중공사막 모듈의 단면 개략도.6 is a cross-sectional schematic view of a conventional submerged hollow fiber membrane module having a form in which the
* 도면 중 주요부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 중공사막 1a : 중공사막의 말단 2 : 모듈 케이스DESCRIPTION OF
3 : 투과수 집수부 4 : 집수부 내 접착제 말단면 6 : 투과수 배출구3: Permeate collection part 4: Adhesive end face in collection part 6: Permeate discharge port
A : 제1 공정으로 형성되는 제1고정부(포팅뭉치의 고정부)A: First fixing part formed by the first process (fixing part of the potting pot)
B : 제2 공정으로 형성되는 제2고정부(침지식 모듈의 고정부)B: second fixing part formed in the second process (fixing part of the immersion module)
C : 제3 공정으로 형성되는 연질부분C: soft part formed by the third process
본 발명은 폐수, 오수, 정수 처리 등 수처리분야에 적합한 분리막 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 누수 가능성이 적은 일체형 침지식 중공사막 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane module suitable for the field of water treatment, such as wastewater, sewage, purified water treatment, and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an integrally immersed hollow fiber membrane module and a method of manufacturing the same with less possibility of leakage.
고분자 분리막은 최근들어 그 기술의 진보와 함께 기존 응용분야와 함께 다양한 분야로의 확대가 이루어지고 있으며 특히 환경의 중요성과 함께 수처리 분야에서 그 수요가 증가되고 있다. 중공사 형태의 막(이하"중공사막"이라고 한다)은 설치면적당 처리량이 높아 수처리에 유리한 점을 가진 반면 막 구조상의 특징으로 인해 기계적 강도가 낮아 원통형 케이스에 의해 막이 보호되는 형태의 모듈이 일반적이었다. 그러나 이러한 형태의 모듈은 폐수 처리의 경우 공지된 바와 같이 막표면에 퇴적되는 오염물의 원활한 제거가 불가능하여, 파울링에 의한 투과 성능 저하가 발생되는 문제가 있다.In recent years, the polymer membrane has been expanded to various fields along with the existing application field with the advancement of the technology, and the demand for water treatment is increasing with the importance of the environment. Hollow fiber type membranes (hereinafter referred to as "hollow fiber membranes") have a high throughput per installation area, which is advantageous for water treatment, but due to the characteristics of the membrane structure, the modules are generally protected by a cylindrical case due to their low mechanical strength. . However, this type of module has a problem in that it is not possible to smoothly remove contaminants deposited on the membrane surface, as is known in the case of wastewater treatment, so that the permeation performance decreases due to fouling.
이를 극복하기 위해 케이스가 없는 침지식 모듈이 고안되었으나, 막의 강도가 충분히 높지 않을 경우 막 손상에 의한 시스템 신뢰도 저하가 큰 문제로 제기될 수 있으며, 또한 공기에 의한 산기 작용이 효율적으로 이루어지지 않을 경우 여전히 파울링 문제가 발생되어 운전압 상승 및 플럭스 저하의 문제가 발생될 수 있다.In order to overcome this problem, an immersion type module without a case has been devised, but if the strength of the membrane is not high enough, the system reliability deterioration due to the membrane damage can be a big problem, and if the air diffusion effect is not performed efficiently, The fouling problem may still occur, resulting in problems such as an increase in operating pressure and a decrease in flux.
최근 수처리 분야에 널리 사용되는 침지식 모듈의 경우 퇴적물이 쌓일 가능성이 많은데, 파울링으로 인한 침지식 모듈의 투과 성능 손실을 최소화하기 위해서 는 산기 작용을 통해 막에 퇴적되는 오염물을 제거해야 하며 이때 가혹한 산기 조건이 필요하게 되므로 중공사막이 손상될 우려가 있다. 또한 이러한 과정에서 장기간 사용할 때 모듈 부품간의 연결부위 약화에 의해 누수가 발생될 수 있으며, 이는 제품의 신뢰도를 저하시키는 요인이 된다.In recent years, immersion modules widely used in the water treatment field are likely to accumulate. In order to minimize the loss of permeation performance of the immersion module due to fouling, it is necessary to remove contaminants deposited on the membrane through acid action. Since the acid condition is necessary, the hollow fiber membrane may be damaged. In addition, leakage may occur due to a weakening of the connection between module components during long-term use in this process, which causes deterioration of the reliability of the product.
이러한 침지식 모듈 제조를 위해서는 중공부 말단이 열린 채로 고정되도록 헤더 부품에 접착제를 사용하여 중공사막을 고정한 후 중공부 개구를 위해 별도의 커팅 공정을 거치게 되며, 모듈 집수부가 형성되도록 이렇게 제조된 모듈 헤더를 모듈 캡과 조립하게 된다. 그러나 이러한 제조 공정에 의해 제조된 모듈은 헤더 부품과 모듈 캡 사이의 연결 부위에서 누수가 발생할 우려가 있으며, 또한 대부분의 중공사 고정 공정에서는 중공사막과 막사이에 접착제의 미침투로 인한 누수 발생가능성 때문에 원심력에 의한 침투가 되도록 원심성형의 방법을 사용하지만, 이러한 원심성형은 침적(Dipping) 방식 등의 고정 공정에 비해 성형설비의 투자비가 크며 설비 확장성이 떨어지고, 대형 모듈일수록 균일한 고정 결과를 얻기 어렵다는 단점이 있다.In order to manufacture such a submerged module, the hollow fiber membrane is fixed to the header part by using an adhesive to fix the end of the hollow part, and then a separate cutting process is performed for the opening of the hollow part. Will be assembled with the module cap. However, the module manufactured by this manufacturing process may leak at the connection between the header part and the module cap, and in most hollow fiber fixing processes, the leak may occur due to the infiltration of the adhesive between the hollow fiber membrane and the membrane. As a result, centrifugal molding is used to penetrate by centrifugal force. However, such centrifugal molding has a large investment in molding equipment and inferior scalability compared to the fixing process such as dipping, and the larger the module, the more uniform fixing results. The disadvantage is that it is difficult to obtain.
미국특허 제5248424호 및 제6042677호에서는 모듈 케이스와 하단부가 접착제로 고성되어 있는 중공사막 다발(이하 "포팅뭉치"라고 한다)이 일체로 고정되어 있는 일체형 침지식 모듈을 제조하는 방법에 대해 제시하고 있으나, 중공부 개구를 위해 파라핀 등의 임시층을 도입한 후 그 위에 고정층을 도포하고 임시층을 녹여내는 방식을 제시하고 있다. 도 6은 상기 방법에 따라 모듈 케이스와 일체형으로 제조된 침지식 중공사막 모듈의 단면 개략도이다. 이러한 고정공정은 실제 임시층 제거를 위해 가열 등의 후처리가 필요할 뿐만 아니라 임시층의 완전한 제거가 용이하지 않은 등의 공정상의 어려움이 있으며, 이렇게 제조된 모듈은 도 6에 도시된 바와 같이 집수 공간내의 중공사막 말단이 접착제 말단면보다 돌출되는 형태를 가지게 된다. 이러한 돌출 중공사막 말단은 접수공간 내에서 투과수 흐름에 저항 요소로 작용될 수 있다.U.S. Pat. However, after introducing a temporary layer such as paraffin for the opening of the hollow part, a method of applying a fixed layer thereon and melting the temporary layer is proposed. 6 is a schematic cross-sectional view of an immersion hollow fiber membrane module integrally manufactured with the module case according to the above method. This fixing process requires not only post-treatment such as heating to remove the actual temporary layer but also difficulty in the process of not completely removing the temporary layer. Thus, the manufactured module has a catchment space as shown in FIG. 6. The end of the hollow fiber membrane is protruded than the adhesive end surface. The protruding hollow fiber membrane ends may act as a resistance element to the permeate flow in the receiving space.
본 발명의 목적은 모듈 케이스 내에 포팅뭉치를 모듈 케이스와 일체로 고정함으로써 종래 헤더 부품과 모듈 캡 사이의 연결부위에서 누수가 발생하는 것을 효과적으로 감소시키고, 중공사막 말단이 집수부 내 접착제 말단면과 일치하게 열려있어 집수부내에서 투과수 흐름이 원활한 일체형 침지식 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 또다른 목적은 중공사막을 모듈 케이스에 고정하는 공정(이하"고정공정"이라고 한다)시 원심성형 대신에 침적(Dipping) 방식을 채택함으로써 설비투자비가 감소되면서 설비 확장성이 향상된 침지식 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to effectively reduce the occurrence of leakage at the connection between the conventional header parts and the module cap by fixing the potting bundle integrally with the module case in the module case, so that the end of the hollow fiber membrane coincides with the adhesive end face in the water collecting portion The present invention provides an integrated submerged module and a method of manufacturing the same, which are open to allow permeate flow smoothly in the water collecting unit. In addition, another object of the present invention is to adopt a dipping method instead of centrifugal molding in the process of fixing the hollow fiber membrane to the module case (hereinafter referred to as "fixing process") to improve the facility expandability while reducing the investment It is to provide a knowledge module and a method of manufacturing the same.
이와 같은 과제들을 달성하기 위하여 본 발명의 한 구현예는 중공사막의 말단(1a)이 상기 침지식 모듈 케이스(2)의 집수부 내 접착제 말단면(4)과 일치하게 열려있고, 상기 침지식 모듈 케이스(2)에 하단부가 접착제로 이루어진 제1고정부가 형성되어 있는 중공사막 다발인 포팅뭉치가 접착제로 이루어진 제2고정부에 의해 침지식 모듈 케이스(2)에 일체로 고정되어 있는 일체형 침지식 중공사막 모듈을 제공한다.One embodiment of the present invention in order to achieve these problems is that the end (1a) of the hollow fiber membrane is open to coincide with the adhesive end surface (4) in the catchment of the submerged module case (2), the submerged module An integral immersion hollow in which the potting bundle, which is a bundle of hollow fiber membranes having a first fixing portion formed with an adhesive on the lower portion of the
또한 본 발명의 다른 구현예는 (ⅰ) 중공사막 다발의 하단부를 접착제로 접착시켜 고정부(A)를 형성한 다음, 상기 제1고정부(A)를 절단하여 포팅뭉치를 제조하는 제1 공정과, (ⅱ) 상기 포팅뭉치를 침지식 모듈 케이스(2)에 삽입한 후 그 위에 접착제를 주입하여 제2고정부(B)를 형성함으로써 포팅뭉치를 침지식 모듈 케이스(2)에 고정하는 제2 공정을 포함하는 일체형 침지식 중공사막 모듈의 제조 방법을 제공한다.In addition, another embodiment of the present invention (1) the first step of forming a potting bundle by cutting the first fixing portion (A) by forming a fixing portion (A) by bonding the lower end of the hollow fiber membrane bundle with an adhesive And (ii) inserting the potting bunch into the immersion
이하, 첨부한 도면을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명에서는 중공사막(1) 다발의 하단부를 접착제로 접착시켜 제1고정부(A)를 형성한 다음, 상기 제1고정부(A)를 절단하여 하는 공정(이하"제1 공정"이라고 한다)을 거쳐 도 3에 도시된 바와 같은 포팅뭉치를 제조한다.First, in the present invention, the lower end of the bundle of hollow fiber membrane (1) is bonded with an adhesive to form a first fixing portion (A), and then cutting the first fixing portion (A) (hereinafter referred to as "first process"). A potting bundle as shown in FIG. 3 is prepared.
도 3은 제1 공정에 의해 제조된 포팅뭉치의 단면 개략도이다.3 is a schematic cross-sectional view of the potting bunch produced by the first process.
상기 제1 공정에서는 접착제로 우레탄 수지 또는 에폭시 수지 등을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 중공사막을 고정시킬 수 있는 한 접착제의 종류를 특별하게 한정하는 것은 아니다.In the first step, a urethane resin or an epoxy resin may be used as the adhesive, but in the present invention, the type of adhesive is not particularly limited as long as the hollow fiber membrane can be fixed.
중공사막(1) 다발의 하단부를 접착제로 고정하는 방법으로는 중공사막(1) 다발을 접착제 욕조 내에 침적(Dipping) 후 경화하는 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 경화 방법으로는 접착제 사용시 통상 공지된 임의의 경화 방법을 채용할 수 있다.As a method of fixing the lower end of the
상기 제1고정부(A)를 형성한 후 절단하는 이유는 중공사막의 말단(1a)이 열려있는 상태로 하기 위해서이다. 제1고정부(A) 절단 후에 중공사막의 말단(1a)이 열려있도록 하기 위해, 상기의 제1 공정을 거치기 전에 중공사막 말단(1a)을 실링(Sealing) 처리하는 것이 보다 바람직하다. 중공사막의 말단(1a)이 실링된 경우 접착 처리시 접착제가 모세관 현상에 의해 중공사막(1)의 중공부 내로 높이 침투하는 것을 방지할 수 있다.The reason for cutting after forming the first fixing part A is to make the
실링처리 방법으로는 중공사막의 말단(1a)을 파라핀 등의 실링제에 침지시키거나 가열된 나이프(Hot knife)로 중공사막의 말단(1a)을 절단하는 방법 등이 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 중공사막의 말단이 완전히 실링되는 한 사용되는 실링제 및/또는 실링처리 방법을 특별하게 한정하는 것은 아니다.As a sealing method, a method of dipping the
실링 처리된 중공사막의 말단(1a)은 상기 고정부(A)를 절단 처리시 제거되며, 이에 따라 접착제가 침투하지 않고 열린 상태의 중공사막 말단(1a)이 얻어진다.The
다음으로, 상기와 같이 제조된 포팅뭉치를 침지식 모듈 케이스(2)에 삽입한 다음, 그 위에 접착제를 주입하여 도 4에 도시된 바와 같이 제2고정부(B)를 형성하는 공정(이하"제2 공정"이라고 한다)을 거쳐 포팅뭉치를 침지식 모듈 케이스(2)에 고정시켜 일체형 침지식 중공사막 모듈을 제조한다.Next, the potting bundle manufactured as described above is inserted into the immersion
도 4는 상기 제2 공정을 거쳐 제조된 침지식 모듈의 단면 개략도이다.Figure 4 is a schematic cross-sectional view of the immersion module manufactured by the second process.
상기의 제2 공정에서 사용하는 접착제로는 폴리우레탄 수지 또는 에폭시 수지 등을 사용하며, 본 발명에서는 접착제의 종류를 특별하게 한정하지 않는다.A polyurethane resin, an epoxy resin, etc. are used as an adhesive agent used in said 2nd process, In this invention, the kind of adhesive agent is not specifically limited.
고정 경계면에서 중공사막(1)이 손상되는 것을 억제시키기 위해, 상기 제2 공정으로 형성된 제2고정부(B) 위에 제2 공정에서 사용한 접착제보다 경도가 상대적으로 낮은 접착제를 주입하여 도 5에 도시된 바와 같이 상기 고정부(B) 위에 연질부분(C)을 형성하는 것이 보다 바람직하다. 상기 연질부분(C)을 형성하는데 사용하는 접착제의 경도는 제2 공정에서 제1고정부(A)를 형성하기 위해 사용되는 접착제의 경도대비 20~60% 수준인 것이 바람직하다.In order to prevent the
도 5는 상기의 연질부분(C)이 형성된 침지식 모듈의 단면 개략도이다.5 is a schematic cross-sectional view of the submerged module in which the soft portion C is formed.
이상에서 설명한 본 발명의 고정방법으로 제조된 침지식 중공사막 모듈은 도 1 또는 도 2와 같은 단면 구조를 갖는다.Immersion hollow fiber membrane module manufactured by the fixing method of the present invention described above has a cross-sectional structure as shown in FIG.
도 1 내지 도 2는 본 발명으로 제조된 일체형 침지식 중공사막 모듈 중 중공사막(1) 다발이 모듈 케이스 내에 고정되어 있는 부분을 나타내는 단면도이다.1 to 2 is a cross-sectional view showing a portion of the
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 고정방법으로 제조된 침지식 중공사막 모듈은 중공사막의 말단(1a)이 일체화된 침지식 모듈 케이스(2)의 집수부 내 접착제 말단면(4)과 일치하게 열려있다.1 to 2, the immersion type hollow fiber membrane module manufactured by the fixing method of the present invention has an
이와 같이 본 발명의 일체형 침지식 중공사막 모듈은 중공사막 말단(1a)이 집수부 내 접착제 말단면(4) 보다 돌출되지 않아 투과수 집수부(3) 내의 투과수 흐름을 방해하지 않으며, 고정 경계면에서의 중공사막 손상을 억제할 수 있다.As described above, in the integrated immersion hollow fiber membrane module of the present invention, the hollow
본 발명은 모듈 케이스내에 중공사막을 일체형으로 고정함으로써 종래 헤더 부품과 모듈 캡 사이의 연결부위에서 누수가 발생하는 것을 효과적으로 억제하고, 집수부내 중공사막 말단이 접착제 말단면과 일치하게 열려있어 집수부내에서 투과수 흐름이 원활한 일체형 침지식 중공사막 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다. 또 한 중공사막을 모듈 케이스에 심어 고정하는 공정(고정공정)에서 원심성형 대신에 침적(Dipping) 방식을 채택함으로써 설비투자비가 감소되면서 설비 확장성이 향상될 수 있다.The present invention effectively prevents the leakage of water at the connection between the conventional header part and the module cap by integrally fixing the hollow fiber membrane in the module case, and the hollow fiber membrane end in the collecting portion is opened to coincide with the adhesive end face to penetrate the collecting portion. An integrated immersion hollow fiber membrane module having a smooth flow of water and a method of manufacturing the same are provided. In addition, by adopting a dipping method instead of centrifugal molding in the process of fixing the hollow fiber membrane in the module case (fixing process), facility investment cost can be reduced and facility expandability can be improved.
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