KR101367587B1 - 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템 - Google Patents

맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수처리 시설에 설치되어 오염물질을 필터링하는 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 및 그 시스템에 관한 것으로, 내부에는 조대한 기공이 분포하고, 외부에는 미세한 기공이 분포하는 것을 특징으로 하는 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인과, 일측에는 유입구가 형성되고, 타측에는 상기 유입구보다 큰 배출구가 형성되는 챔버와, 상기 챔버 내에 적어도 하나 이상 설치되는 상기 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인과, 상기 유입구에 설치되어 압력을 인가하는 펌프 및 상기 배출구에 설치되어 단속적으로 개폐되는 셀레노이드 밸브를 포함하는 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템을 제공하여 일반적인 중력 방식의 아우트-인 타입 세라믹 멤브레인 시스템과 달리 필터링 속도를 증진시키고, 멤브레인 표면에 부착되는 여과물을 세척함으로써 투수성을 유지할 수 있다.

Description

맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템{PULSATION PRESSURE-ASSISTED OUT-IN TYPE SANDWICH CERAMIC MEMBRANE SYSTEM}
본 발명은 샌드위치 형태의 세라믹 멤브레인과 그 시스템에 관한 것으로, 특히, 맥동형 압력을 인가할 수 있는 아우트-인 타입 세라믹 멤브레인 및 그 시스템에 관한 것이다.
최근 인간의 산업활동과 소비활동이 증가하면서 다량의 산업폐수 및 생활오수가 발생하고 있으며, 그 결과 수자원이 오염되거나 부폐하는 등 다양한 환경 문제가 대두되고 있다. 특히, 수자원 오염은 인간의 실생활과 밀접한 관련이 있기 때문에 국내 뿐 아니라 해외에서도 큰 문제로 부각되고 있으며, 이에 각 국에서는 하폐수의 배출을 제한하거나 정화시설의 설치를 의무화하는 등 각종 법규를 규정하여 엄격히 관리하고 있는 실정이다.
이러한 실정을 반영하여 관련 업계에서는 다양한 하폐수 처리 기술들을 개발하여 사용하고 있는데, 그 중 하나가 바로 세라믹 멤브레인(Membrane)이다. 세라믹 멤브레은 하폐수 내에 존재하는 고체 입자를 필터링하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 몸체 내에 형성된 미세 기공을 통해 수중의 오염물질, 유기물, 세균 등을 여과 및 분리함으로써 하폐수를 정화하게 된다. 이 경우, 세라믹 멤브레인은 수처리 방식에 따라 인-아우트(IN-OUT) 타입과 아우트-인(OUT-IN) 타입으로 구별되는 바 이하 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 인-아우트 타입의 세라믹 멤브레인은 허니컴 형태로서 하폐수에 압력을 인가하여 내측으로 유입시킨 후 필터링된 여과수를 외측으로 밀어내는 방식이다. 그러나 이러한 인-아우트 타입의 세라믹 멤브레인은 유입구의 배치나 멤브레인의 두께 등에 따라 배수가 원활하지 않을 수 있으며, 구조상 제조단가가 고가인 문제점이 있다.
한편, 아우트-인 타입의 세라믹 멤브레인은 수조 바닥에 설치되어 중력 방식에 의해 멤브레인의 외측에서 내측으로 수처리가 이루어지는 방식으로 제조비용이 저렴한 장점이 있으나 여과물이 적층되어 기공이 막히는 단점이 있다.
이에, 본 발명자는 상술한 종래기술들의 문제점을 예의, 주시하여 하폐수를 여과물의 침적 없이 저렴한 비용으로 신속하게 처리할 수 있는 방안을 모색한 끝에 본 발명에 이르게 된 것이다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 제조단가를 낮추고, 처리 속도와 여과물 침적 문제를 개선할 수 있는 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 및 그 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
본 발명은, 수처리 시설에 설치되어 오염물질을 필터링하는 세라믹 멤브레인에 있어서, 내부에는 조대한 기공이 분포하고, 외부에는 미세한 기공이 분포하는 것을 특징으로 하는 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인을 제공한다.
이 경우, 상기 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인은 조대한 기공들이 네트워크로 연결된 기공채널을 갖는 폼 형태의 코어와, 상기 코어보다 작은 기공채널을 가지며 상기 코어의 측면과 하부면에 형성되는 판상체 및 상기 판상체보다 작은 기공채널을 가지며 상기 판상체의 외주면에 코팅되는 코팅층을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은 일측에는 유입구가 형성되고, 타측에는 상기 유입구보다 큰 배출구가 형성되는 챔버와, 상기 챔버 내에 적어도 하나 이상 설치되는 상기 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인과, 상기 유입구에 설치되어 압력을 인가하는 펌프 및 상기 배출구에 설치되어 단속적으로 개폐되는 셀레노이드 밸브를 포함하는 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 내부에는 조대한 기공채널이 형성되고, 외부에는 미세한 기공채널이 형성된 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인을 챔버 내에 맥동가압식으로 설치함으로써 필터링 속도를 향상시키고, 여과물의 침적을 방지할 수 있으며, 제조단가도 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인의 모식도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인의 모형을 나타낸 사진,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템의 모식도.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.
먼저, 본 발명은 다양한 수처리 시설에 설치되어 고체 입자를 필터링하는 세라믹 멤브레인의 제조 및 적용에 관한 것으로, 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인과, 이러한 세라믹 멤브레인이 설치된 가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템으로 대별되는 바 이하 도면을 참고하여 차례대로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인의 모형을 나타낸 사진이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인(100)(이하, '샌드위치 세라믹 멤브레인(100)'이라 함)은 표면과 내부의 기공 크기가 상이한 것을 기술적 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 샌드위치 세라믹 멤브레인(100)은 내부의 코어(110)와, 외부의 판상체(120) 및 최외각의 코팅층(130)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 코어(110)는 약 0.1~5 mm의 조대한 기공들이 네트워크로 연결된 기공채널을 갖는 폼 형태로 이루어지며, 기공도는 30~90%이다. 또한, 상기 판상체(120)는 상기 코어(110)의 외측, 보다 상세하게는, 상기 코어(110)의 상부면을 제외한 측면과 하부면에 형성되며, 수십 ㎛의 기공채널을 가지고 기공도는 30~60%, 두께는 수 mm 내외로 구성된다. 한편, 상기 코팅층(130)은 상기 판상체(120)의 외주면에 코팅되는 0.01~1 ㎛의 미세한 세라믹 입자로 이루어지며, 약 0.5 ㎛ 이하의 기공채널을 가진다. 이 경우, 상기 코팅층(130)은 목적하는 기공채널이 형성되는 범위에서 가능한 얇게 코팅되는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명은 상기 샌드위치 세라믹 멤브레인(100)의 내측에는 큰 기공채널을 형성하여 투수성을 확보하고, 외측에는 얇은 세라믹 판에 미세한 기공을 형성시켜 부유물이 여과되도록 함으로써 투수성과 여과 기능을 극대화한 것이다.
한편, 상술한 바와 같이 구성되는 상기 샌드위치 세라믹 멤브레인(100)은 세라믹 분말 슬러리를 슬립 캐스팅(Slip Casting)하여 제조될 수 있다. 참고적으로, 도 1에서 설명하지 않은 도면부호 "140"은 상기 샌드위치 세라믹 멤브레인(100)을 후술하는 챔버(210)에 설치하기 위한 홀더를 나타낸다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템에 대해 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템의 모식도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템(200)은 챔버(210)와, 세라믹 멤브레인(220)과, 펌프(도면 미도시) 및 셀레노이드 밸브(도면 미도시)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 챔버(210)는 하폐수를 통과시키기 위한 구성으로 전단부에는 유입구(210a)가 형성되고, 후단부에는 배출구(210b)가 형성된다. 구체적으로, 상기 유입구(210a)는 상기 챔버(210)의 상단에 형성되며, 상기 유입구(210a)와 상기 세라믹 멤브레인(220) 사이에는 아래로 열린 격벽(230)이 설치되어 하폐수를 상기 챔버(210)의 하부로 유도함으로써 하폐수가 상기 세라믹 멤브레인(220)과 전체적으로 접촉되도록 한다. 또한, 상기 배출구(210b)는 상기 챔버(210)의 하단에 상기 유입구(210a)보다 크게 형성됨으로써 여과물의 침적을 방지할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 구성되는 상기 챔버(210)는 상기 유입구(210a)와, 상기 배출구(210b) 및 상기 세라믹 멤브레인(220)의 상단부를 제외하고는 모두 가압시에도 누수되지 않도록 밀폐되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 세라믹 멤브레인(220)은 상기 유입구(210a)를 통해 상기 챔버(210) 내로 유입된 하폐수를 여과하기 위한 구성으로 상기 챔버(210)에 삽입 설치된다. 여기서, 상기 세라믹 멤브레인(220)은 앞서 설명한 본 발명의 샌드위치 세라믹 멤브레인(100)을 사용하며, 처리하고자 하는 하폐수의 오염 정도나 용량에 따라 적절한 수로 설치될 수 있다.
한편, 상기 세라믹 멤브레인(220)의 설치시에는 상기 세라믹 멤브레인(220)을 통과하여 상부로 배출되는 여과수가 다시 상기 챔버(210) 내로 유입되지 않도록 상기 세라믹 멤브레인(220)의 상단이 상기 챔버(210)보다 높게 위치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 챔버(210)의 상부에는 상술한 바와 같이 상기 세라믹 멤브레인(220)을 통해 여과된 물이 배출될 수 있도록 수로(240)가 적절하게 형성된다.
계속하여, 상기 펌프는 상기 챔버(210) 내부에 압력을 인가하기 위한 구성으로 상기 유입구(210a)에 설치된다.
마지막으로, 상기 셀레노이드 밸브는 상기 펌프와의 상호 작용으로 상기 챔버(210) 내부에 맥동압력을 형성하기 위한 구성으로 상기 배출구(210b)에 단속적으로 개폐 가능하게 설치된다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템의 구성에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템의 작용에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 상기 펌프를 작동시키면 하폐수가 상기 유입구(210a)를 통해 상기 챔버(210) 내로 유입된다. 이 경우, 상기 셀레노이드 밸브에 의해 상기 배출구(210b)가 닫혀 있는 동안에는 상기 챔버(210) 내에 압력이 형성되어 상기 세라믹 멤브레인(220)에 정수압이 인가되고, 유입된 하폐수는 상기 세라믹 멤브레인(220)의 외부로부터 내부를 통과하면서 여과된 후 상기 챔버(210)의 상부로 배출된다. 반면, 상기 셀레노이드 밸브에 의해 상기 배출구(210b)가 개방된 상태에서는 상기 챔버(210) 내부의 물이 상기 세라믹 멤브레인(220)을 통과하지 못한 부유물과 함께 하폐수의 유입속도보다 더 빠르게 배출되어 수위가 낮아지며, 이와 동시에 상기 세라믹 멤브레인(220)의 내부에 존재하는 물도 하부로 배출되면서 표면의 기공에 흡착된 부유물이 떨어져 제거된다. 이 경우, 상기 배출구(210b)를 통해 배출된 물은 다시 상기 유입구(210a)로 반송된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 상기 셀레노이드 밸브의 개폐에 따라 상술한 일련의 과정이 반복되면서 상기 챔버(210) 내부에 맥동압력이 형성되며, 이에 따라 필터링 속도가 향상되는 것은 물론 멤브레인의 표면에 부착된 부유물도 효과적으로 제거할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인
110 : 코어 120 : 판상체
130 : 코팅층
200 : 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템
210 : 챔버 210a : 유입구
210b : 배출구 220 : 세라믹 멤브레인
230 : 격벽 240 : 수로

Claims (3)

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  2. 삭제
  3. 일측에는 유입구가 형성되고, 타측에는 상기 유입구보다 큰 배출구가 형성되는 챔버와;
    상기 챔버의 상부에 형성되는 수로와;
    슬립 캐스팅 성형체로서 상단이 상기 수로에 노출된 상태로 상기 챔버 내에 복수로 병렬 설치되되, 0.1~5mm의 기공들이 30~90%의 기공도를 가지고 네트워크로 연결된 기공채널을 포함하는 폼 형태의 코어와, 상기 코어보다 작은 기공채널을 가지며 상기 코어의 측면과 하부면에 형성되는 판상체 및 상기 판상체보다 작은 기공채널을 가지며 상기 판상체의 외주면에 코팅되는 코팅층을 갖는 세라믹 멤브레인과;
    상기 유입구와, 상기 유입구에 인접한 세라믹 멤브레인 사이에 위치하도록 상기 챔버 내에 하부로부터 이격 설치되는 격벽과;
    상기 유입구에 설치되어 압력을 인가하는 펌프; 및
    상기 배출구에 설치되어 단속적으로 개폐되는 셀레노이드 밸브;
    를 포함하여 하폐수가 복수의 세라믹 멤브레인을 순차적으로 거치면서 여과되어 상기 수로를 통해 배출되되, 상기 펌프가 작동하는 상태에서 상기 셀레노이드 밸브가 주기적으로 개폐됨으로써 상기 챔버 내부에 맥동압력이 형성되어 상기 하폐수의 여과속도가 증가되도록 한 것을 특징으로 하는 맥동가압식 아우트-인 타입 샌드위치 세라믹 멤브레인 시스템.
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