KR101974612B1 - In-out 방식에서 세정 효율이 높은 중공사막 모듈 - Google Patents

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최창규
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Abstract

중공사막 세정 시 막 내부에서의 유체 흐름을 원활하게 하여 막의 오염 물질 제거 효율을 극대화할 수 있는 중공사막 모듈에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 중공사막 모듈은 원수를 여과시키거나, 세정 시 역세수를 통과시키기 위한 복수의 중공사를 포함하고, 세정 시 역세수가 유입되는 백워싱용(pore washing) 유입부와 역세수가 배출되는 중공사막 내부 워싱용 제1유출부를 포함하는 원통형의 중공사막 모듈 본체; 상기 여과 처리된 생산수가 배출되는 유출부를 포함하고, 상기 중공사막 모듈 본체의 상부에 배치되는 상부캡; 및 상기 원수가 유입되거나, 세정 시 역세수가 배출되는 중공사막 내부 워싱용 제2유출부를 포함하고, 상기 중공사막 모듈 본체의 하부에 배치되는 하부캡;을 포함하고, 상기 상부캡 내부에는 원형판, 및 세정 시 역세수가 유입되도록 상기 원형판의 중앙 영역에 형성되는 돌출형상의 중공사막 내부 워싱용 유입부를 포함하는 중공사막 내부 워싱용 모듈이 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

In-out 방식에서 세정 효율이 높은 중공사막 모듈{HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE OF IN-OUT MODE WITH HIGH WASHING EFFICIENCY}
본 발명은 중공사막 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중공사막 내부 워싱용 모듈(hollow fiber inner-side washing)을 포함하여, 중공사막의 세정 시 막의 오염 물질 제거 효율을 높이고, 세정 시간을 최소화할 수 있는 세정 효율이 높은 중공사막 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 오염물질을 내포한 원수를 수처리하여 정수하는 장치에 있어서, 오염물질을 분리 여과하여 제거하기 위한 정수장치나 오폐수 처리장치에 이용되는 여과막(membrane)은 0.1~0.5㎛의 미세공극의 정밀 여과막과 0.001~0.1㎛의 미세 공극의 한외 여과막으로 구분하고 있다. 이를 다시 막의 형태에 따라 분류하면 평판 형태의 평막과 실 형태의 중공사막으로 구분할 수 있다. 또한, 막을 이용한 정수 처리형태에 따라 분류하면 오염원수탱크 내부에 침적시켜서 사용하는 침지식 막 모듈 정수장치와, 압력용기 내부에 고정하고 오염원수를 가압시켜 사용하는 가압식 막 모듈 정수장치로 구별될 수 있다.
여기서, In-Out 방식의 가압식 막 모듈은 유입수가 막 내부로 들어가서 외부로 투과하는 형태이기 때문에, 막 내부에 막 오염 물질이 쌓이고 시간이 지나면서 공극을 막게 되어 막의 오염이 진행된다. In-Out 방식은 Out-In 방식에 비해 중공사막 내부에 쌓이는 막 오염 물질의 양이 많지는 않지만, 역세 과정에서 공기 방울에 의한 막 세정이 큰 효과를 보이지 않아 일반적으로는 공기 세척을 하지 않는 특징을 가진다.
중공사막 공극이 파울링되기 시작하면 역세로는 제거하지 못할 정도로 파울링되는 영역이 커지게 된다. 이로 인해 In-Out 방식의 모듈은 Out-In 방식의 모듈에 비해, 모듈의 길이가 비교적 짧고 수질이 불량한 하수 또는 폐수에는 활용하지 못하는 단점을 가지고 있다.
기존의 In-Out 방식의 막 모듈은 역세수를 막 외부에서 내부로 통과시키는 방식으로 세정하기 때문에 역세수가 막을 통과하면서 압력이 줄어드는 단점이 있다. 이에 따라, 평균 1bar인 유입 압력에 비해 역세 압력을 7bar로 매우 높게 유지하여야만 대략 45분 운전 기준으로 15분 동안에 역세를 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, 높은 역세 압력으로 인해 발생하는 막의 단성 또는 열화 등의 문제를 방지하기 위해 부가적으로 중공사막 모듈의 역세수 유입부에 막과 직접적인 접촉을 방지하기 위한 다양한 장치가 구성되어 설치되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-1179351호(2012.09.03. 공고)에서는 중공사막 모듈과 그 제조 방법 및 중공사막 모듈 조립체와 이를 사용한 현탁수의 정화 방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 중공사막 세정 시 막 내부에서의 유체 흐름을 원활하게 하여 막의 오염 물질 제거 효율을 극대화할 수 있는 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중공사막 모듈은 원수를 여과시키거나, 세정 시 역세수를 통과시키기 위한 복수의 중공사를 포함하고, 세정 시 역세수가 유입되는 백워싱용(pore washing) 유입부와 역세수가 배출되는 중공사막 내부 워싱용 제1유출부를 포함하는 원통형의 중공사막 모듈 본체; 상기 여과 처리된 생산수가 배출되는 유출부를 포함하고, 상기 중공사막 모듈 본체의 상부에 배치되는 상부캡; 및 상기 원수가 유입되거나, 세정 시 역세수가 배출되는 중공사막 내부 워싱용 제2유출부를 포함하고, 상기 중공사막 모듈 본체의 하부에 배치되는 하부캡;을 포함하고, 상기 상부캡 내부에는 원형판, 및 세정 시 역세수가 유입되도록 상기 원형판의 중앙 영역에 형성되는 돌출형상의 중공사막 내부 워싱용 유입부를 포함하는 중공사막 내부 워싱용 모듈이 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 중공사막 내부 워싱용 모듈은 상기 여과 처리된 생산수가 배출되거나, 상기 역세수가 유입되도록 상기 원형판 상에 홈 형상의 채널을 더 포함할 수 있다.
상기 중공사막 내부 워싱용 유입부는 중공사막 내부 워싱용 유입부에 배치된 제어밸브에 의해 간헐적으로 개폐될 수 있다.
세정 시 백워싱용 유입부와 중공사막 내부 워싱용 제1유출부를 먼저 개방하여 백워싱이 수행된 후, 중공사막 내부 워싱용 유입부와 중공사막 내부 워싱용 제2유출부를 개방하여 중공사막 내부 워싱이 수행되도록 하거나, 또는, 세정 시 백워싱용 유입부와 중공사막 내부 워싱용 제1유출부, 중공사막 내부 워싱용 유입부와 중공사막 내부 워싱용 제2유출부를 동시에 개방하여, 백워싱과 중공사막 내부 워싱이 동시에 수행되도록 할 수 있다.
상기 중공사막 모듈 본체는 상기 여과 처리된 생산수를 균일하게 분배시키도록 일정 간격에 배치되는 다공질 튜브를 1개 이상 포함할 수 있다.
상기 상부캡은 상기 중공사막 내부 워싱용 유입부를 고정하기 위한 고정관을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 중공사막 모듈은 중공사막 모듈 본체 상부에 중공사막 내부 워싱용 모듈을 삽입한 구조를 가지며, 이 구조에 의해 백워싱(back washing) 시 제거되지 않은 중공사막 내부에 침적된 막 오염 물질을 단시간 내에 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기 중공사막 내부 워싱용 모듈을 삽입함으로써, 중공사막 내부에서의 유체 흐름을 원활하게 하여 막 오염 물질 제거 효율을 극대화할 수 있으며, 세정 시간을 최소화하여 막 투과 시간을 증가시킬 수 있다.
아울러, 막의 수명을 증가시켜 경제성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 상부캡, 중공사막 내부 워싱용 모듈, 중공사막 모듈 본체 및 하부캡을 분리한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 상부캡, 중공사막 내부 워싱용 모듈 및 중공사막 모듈 본체의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 투과 방식(a) 및 백워싱 및 중공사막 내부 워싱을 이용한 세정 방식(b)을 나타낸 것이다.
도 5는 기존의 중공사막 모듈의 투과 방식(a) 및 백워싱을 이용한 세정 방식(b)을 나타낸 것이다.
도 6은 기존의 중공사막 모듈(a)과 본 발명에 따른 중공사막 모듈(b)의 세정 방식을 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 기존의 중공사막 모듈(existing)과 본 발명에 따른 중공사막 모듈(new)의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 모듈 전체, 섬유 내부, 백워싱 및 중공사막 내부 워싱용 유출부(15, 31) 각각의 유속과 압력을 비교한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 In-Out 방식에서 새정 효율이 높은 중공사막 모듈에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 중공사막 모듈은 가압한 원수를 막 모듈 내에 유입시켜 막에 의해서 여과를 행하는 타입의 가압형 중공사막 모듈이다. 투과 방식은 원수가 막 내부로 들어가서 외부로 투과하는 형태인 In-Out 방식이며, 세정 방식은 역세수를 막 외부에서 내부로 통과시키는 Out-In 방식이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 세정 효율이 높은 중공사막 모듈은 중공사막 모듈 본체(10), 상부캡(20) 및 하부캡(30)을 포함한다.
중공사막 모듈 본체(10)
중공사막 모듈 본체(10)는 원통형의 용기(11) 및 상기 원통형의 용기(11)의 내부 공간에 포함되는 복수의 중공사(12)를 포함한다. 상기 원통형의 용기(11)의 소재는 특별히 제한되지는 않지만, 생산성, 비용, 경량화, 내후성을 고려하여 폴리염화비닐(PVC), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체(ABS) 등의 수지로 형성될 수 있다. 상기 복수의 중공사(12)는 원수를 여과시키거나, 세정 시 역세수를 통과시키는 역할을 한다. 상기 복수의 중공사(12)는 대략 5000~10,000개의 섬유를 포함할 수 있다. 섬유의 개수가 이 범위를 벗어나는 경우, 원수가 여과되는데 불충분할 수 있고, 세정 시 역세수를 통과시키는데 원활한 흐름을 유도하기 어려울 수 있다. 상기 섬유의 길이는 중공사막 모듈 본체(10)의 외형의 크기에 따라 조절될 수 있으며, 대략 1~5m일 수 있다. 상기 섬유는 다공질인 것이 바람직하며, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등의 유기 소재나 세라믹 등의 무기 소재로 형성될 수 있다. 바람직하게는 중공사의 강도의 관점에서 폴리불화비닐리덴(PVDF)계 재질로 형성될 수 있다. 섬유의 표면에 포함되는 세공의 직경은 대략 0.001~1㎛일 수 있다. 섬유의 외경은 중공사막의 요동성이 높고 세정성이 우수하도록 0.5~2mm일 수 있고, 내경은 0.5~1mm일 수 있다.
상기 복수의 중공사, 즉 섬유 다발의 양쪽 말단 부분은 모듈 본체 내부에서 고정되어야 하므로, 중공사막과 모듈의 접착부(13)에 의해 접착 고정될 수 있다. 상기 중공사막과 모듈의 접착부(13)의 재질은 에폭시 수지, 우레탄 수지 등의 열경화성 수지일 수 있다.
상기 중공사막 모듈에서 기존 모듈과 같이 백워싱만을 하는 경우, 상부쪽의 접착부(13)만 막혀 있고, 하부쪽의 접착부(13)는 개방되어 있다.
상기 중공사막 모듈에서 백워싱과 중공사막 내부 워싱이 동시에 이루어지는 경우, 상부쪽의 접착부(13)와 하부쪽의 접착부(13)는 모두 개방되어 있다.
상기 중공사막 모듈 본체의 측면의 상단부에는 세정 시 역세수가 유입되는 백워싱용 유입부(14)가 형성되고, 하단부에는 역세수가 배출되는 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15)가 형성될 수 있다. 역세수가 상기 백워싱용 유입부(14)로 유입됨에 따라 역세수를 중공사막 외부에서 내부로 통과시켜 막의 세정을 수행할 수 있고, 모듈 본체(10) 내부로 유입된 역세수는 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15) 또는/및 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)로 배출될 수 있다. 즉, 세정 시 백워싱을 통해 중공사막 외부에서 내부로 역세수를 통과시켜 중공사막 사이에 존재하는 막 오염 물질을 먼저 막 내부로 빼내고, 중공사막 내부 워싱을 통해 중공사막 내부에 침착된 막 오염 물질을 외부로 배출시킬 수 있다. 상기 백워싱용 유입부(14)로 유입되는 역세수의 압력은 대략 3~7bar 일 수 있다.
백워싱용 유입부(14), 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15), 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)의 개폐 모드는 백워싱용 유입부(14), 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15), 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31) 각각에 배치된 제어밸브(미도시)에 의해 개폐될 수 있다.
상기 중공사막 모듈 본체(10)는 상기 여과 처리된 생산수를 균일하게 분배시키도록 일정 간격에 배치되는 다공질 튜브(16)를 1개 이상 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다공질 튜브(16) 1~10개를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 상기 다공질 튜브(16)는 1~5mm의 홀(53)을 갖는 튜브 형상을 가지며, 상기 다공질 튜브(16)의 외경은 5~10mm일 수 있다. 또한, 상기 다공질 튜브(16, 54)는 중공사막 모듈 본체(10) 내부에 일정 간격을 두고 1개 이상 배치될 수 있다. 상기 다공질 튜브(16)가 중공사막 모듈 본체(10) 내부에 포함됨으로써, 유출수가 모듈 내 모든 지점에서 근접한 다공질 튜브에 의해 균일하게 유출될 수 있다. 상기 다공질 튜브(16)는 아크릴 재질로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상부캡(20)
상부캡(20)은 상기 중공사막 모듈 본체(10)의 상부에 배치되어 탈착이 가능하고, 상기 중공사막 모듈 본체(10)로부터 여과 처리된 생산수가 배출되도록 유출부(21)를 포함한다. 상기 유출부(21)는 상부캡(20)의 측면에 형성될 수 있으며, 후술할 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)와는 다른 위치에 형성될 수 있다.
상기 상부캡(20) 내부에는 중공사막 내부 워싱용 모듈(22)이 배치된다. 상기 중공사막 내부 워싱용 모듈(22)은 원형판(26) 및 상기 원형판(26)의 중앙 영역에 형성되는 돌출 형상의 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)를 포함한다. 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)는 세정 시 역세수가 유입되도록 한다. 상기 중공사막 내부 워싱이란 중공사막 내부로 역세수가 유입되어 중공사막 내에 침적한 막 오염물질을 높은 유속과 압력 하에서 세정이 수행되는 것이며, 상기 채널은 5000~10,000개의 중공사막 내부를 가리킨다.
상기 중공사막 내부 워싱용 모듈(22)이 상기 중공사막 모듈 본체(10)의 상부에 배치되어 역세수를 상부에서 하부 방향으로 통과시킴으로써, 모듈 내부의 역세수의 유속이 빨라짐에 따라 백워싱 시 제거되지 않은 중공사막 내부에 침적된 막오염 물질을 단시간 내에 효과적으로 제거하는 효과가 있다. 또한, 세정 시간을 최소화하여 막 투과 시간을 증가시키고, 세정에 소요되는 역세수의 양을 줄여 상대적으로 많은 투과수를 확보함에 따라, 경제성을 확보할 수 있다. 또한, 중공사막 내부 워싱에 의해, 모듈 내부의 전체 압력이 감소됨으로써 운전 비용을 감소시키는 효과가 있다. 상기 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)로 유입되는 역세수의 압력은 대략 1~7bar 일 수 있으며, 역세수의 낮은 압력으로도 막 오염 물질 제거 효율을 높일 수 있다.
상기 중공사막 내부 워싱용 모듈(22)에 포함되는 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)의 개폐 모드는 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)에 배치된 제어밸브(미도시)에 의해 간헐적으로 개폐될 수 있다. 이러한 개폐 동작에 의해 막 내부에 존재하는 입자도 효과적으로 제거할 수 있다.
나아가, 세정 시 백워싱용 유입부(14)와 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15), 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)를 먼저 개방하여 백워싱이 수행되도록 한 후, 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)와 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15), 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)를 개방하여 중공사막 내부 워싱이 수행되도록 할 수 있다. 또는, 세정 시 백워싱용 유입부(14)와 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15), 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)와 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)를 동시에 개방하여, 백워싱과 중공사막 내부 워싱이 동시에 수행되도록 할 수도 있다.
상기 중공사막 내부 워싱용 모듈(22)은 상기 여과 처리된 생산수가 배출되거나, 상기 역세수가 유입되는 채널(24)을 더 포함할 수 있다. 상기 채널(24)은 상기 원형판에 홈 형상으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 다공질 튜브(16)와 연결되도록 상기 다공질 튜브(16)의 상부 위치에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 다공질 튜브(16)로부터 배출되는 여과 처리된 생산수는 상기 채널(24)을 통해 유출부(21)로 배출될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)를 고정하기 위해 상부캡(20)에는 고정관(25)이 더 포함될 수 있다. 상기 고정관(25)은 상기 중공사막 내부 워싱용 유입부(23) 형상의 홈을 가리킨다.
하부캡(30)
하부캡(30)은 상기 중공사막 모듈 본체의 하부에 배치되어 탈착이 가능하다. 상기 하부캡(30)은 상기 원수가 유입되거나, 세정 시 역세수가 배출되도록 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 세정 효율이 높은 중공사막 모듈의 작동 과정은 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 투과 방식(a) 및 백워싱 및 중공사막 내부 워싱을 이용한 세정 방식(b)을 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 원수가 중공사막 모듈의 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15) 또는/및 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)로 유입되고 상기 복수의 중공사(12)를 통과하여 여과된다. 여과 처리된 생산수는 다공질 튜브(16)를 따라 중공사막 내부 워싱용 모듈(22)의 채널(24)을 통해 유출부(21)로 배출된다. 원수가 투과되는 동안 백워싱용 유입부(14), 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15), 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)는 폐쇄되어 있을 수 있다.
세정 방식은 백워싱용 유입부(14)에 역세수가 3~7bar 압력으로 유입되도록 하여 중공사막 공극 사이에 존재하는 막 오염 물질을 먼저 막 내부로 빼낸다. 이어서, 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)에 역세수가 1~7bar 압력으로 유입되어 막 내부에 침적된 막 오염 물질을 외부로 배출시키게 한다.
또는, 백워싱용 유입부(14)와 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15), 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)와 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)를 동시에 개방한다. 구체적으로는, 백워싱용 유입부(14)에 역세수가 3~7bar 압력으로 유입되도록 하고, 동시에 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)에 역세수가 1~7bar 압력으로 유입되도록 하여 막 내부에 침적된 막 오염 물질을 외부로 배출시키게 한다.
따라서, 역세수의 압력을 상대적으로 낮추면서도 단시간 내에 막 오염 물질을 효과적으로 제거하는 효과가 있다.
이와 같이, 중공사막 세정 시 백워싱용 유입부(14), 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15) 또는/및 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)를 개방하여 백워싱이 수행된 후, 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)와 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15) 또는/및 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)를 개방하여 채널워싱이 수행되도록 할 수 있다. 또는, 중공사막 세정 시 백워싱용 유입부(14)와 중공사막 내부 워싱용 제1유출부(15), 중공사막 내부 워싱용 유입부(23)와 중공사막 내부 워싱용 제2유출부(31)를 동시에 개방하여, 백워싱과 채널워싱이 동시에 수행되도록 할 수도 있다.
도 5는 기존의 중공사막 모듈의 투과 방식(a) 및 백워싱을 이용한 세정 방식(b)을 나타낸 것이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 기존의 중공사막 모듈은 여과된 원수가 배출되는 유출부(41)를 포함하는 상부캡(40), 역세수가 유입되는 백워싱용 제1유입부(51)와 백워싱용 제2유입부(52)를 포함하는 모듈 본체(50), 및 원수 유입 및 중공사막 내부 워싱용 유출부(61)를 포함하는 상기 하부캡(60)을 포함한다. 상기 모듈 본체(50)에는 다공질 튜브 상 유출수 차집용 홀(53')을 포함하는 1개 이상의 다공질 튜브(54)가 배치되어 있고, 5000~10,000개의 다공질 섬유로 이루어진 복수의 중공사(55)가 포함된다.
투과 방식은 하부캡(60)에 포함되는 원수 유입 및 중공사막 내부 워싱용 유출부(61)에 원수가 유입되어 모듈 본체의 중공사막을 통과하여 상부캡(40)에 포함되는 유출부(41)로 배출된다. 이때, 모듈 본체에 포함되는 백워싱용 제1유입부(51)와 백워싱용 제2유입부(52)는 폐쇄되어 있다.
세정 방식은 모듈 본체에 포함되는 제1유입부(51)와 제2유입부(52)로 역세수가 3~7bar 압력으로 유입된 후, 하부캡(60)에 포함되는 원수 유입 및 중공사막 내부 워싱용 유출부(61)로 배출된다. 이때, 상부캡(40)에 포함되는 유출부(41)는 폐쇄되어 있다.
도 6은 기존의 중공사막 모듈(a)과 본 발명에 따른 중공사막 모듈(b)의 세정 방식을 나타낸 것으로, 기존의 중공사막 모듈 구성은 도 5의 구성을 가리키고, 본 발명에 따른 중공사막 모듈은 도 4의 구성을 가리킨다.
도 6(a)를 참조하면, 기존의 중공사막 모듈(a)에서 세정 방식은 모듈의 측면에서 역세수가 3~7bar 압력으로 유입되어 모듈의 양 끝단으로 배출되는 경로를 보여준다.
이러한 경로는 역세수의 흐름이 원활하지 않고 모듈 내부의 오염물질을 강하게 세정하기 어려울 것이라 예측된다. 반면, 본 발명에 따른 중공사막 모듈(b)에서 중공사막 내부 워싱은 모듈의 상부에서 하부 방향으로 역세수가 1-7bar 압력으로 이동하면서 세정수가 높은 유속과 압력 하에서 중공사막 내부를 따라 배출되거나 중공사막 공극을 투과한 세정수는 모듈 하부의 유출부로 배출되는 경로를 보여준다. 이러한 경로는 역세수의 흐름이 원활하게 작용하여 역세수가 매우 빠르게 이동함에 따라 모듈 내부의 오염물질을 강하게 세정할 것이라 예측된다.
하기 도 7 및 도 8의 결과는 막 모듈을 디자인하여 유입 및 유출 조건을 설정한 후에 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 유속 및 압력 값을 구하였으며, MS Excel을 통해 평균값을 구하였다.
[표 1]과 [표 2]는 중공사막 모듈 내의 유속 및 압력에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 분석 결과를 나타낸 것이다.
[표 1]은 기존 중공사막 모듈 내 모듈 전체, 중공사막 내부, 백워싱용 유출부(41, 61)의 유속 및 압력 평균값을 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure 112017122539598-pat00001
[표 2]는 본 발명에 따른 중공사막 모듈 내 모듈 전체, 중공사막 내부, 중공사막 내부 워싱용 제1, 제2유출부(15, 31)의 유속 및 압력 평균값을 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure 112017122539598-pat00002
상기 표 1, 표 2의 결과로부터 모듈 전체의 유속은 본 발명의 중공사막 모듈이 기존의 중공사막 모듈에 비해 대략 15.6배 증가하였다. 섬유 내에서의 유속은 본 발명의 모듈이 기존의 모듈에 비해 대략 16.4배 증가하였다. 유출부에서의 유속은 2가지 경우 거의 차이가 없음을 보여준다.
따라서, 백워싱 시 보다 중공사막 내부 워싱 시 모듈 내에서 세정수의 흐름이 본 발명의 모듈에서 매우 빠르게 이동함으로써, 내부의 막 오염물질을 강하게 세정할 수 있음을 증명한다.
또한, 모듈 전체의 압력은 본 발명의 모듈이 기존의 모듈에 비해 대략 3.8배 증가하였다. 섬유 내에서의 압력은 본 발명의 모듈이 기존의 모듈에 비해 대략 5배 증가하였다.
따라서, 백워싱 시 모듈 내에서 수압이 기존 모듈에서 더 크게 유지된다는 것을 확인할 수 있으며, 이는 역세수의 흐름이 원활하게 빠져 나가지 않아 수압이 크게 유지되는 것으로 판단된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 50 : 중공사막 모듈 본체
11 : 원통형의 용기
12, 55 : 복수의 중공사
13 : 중공사막과 모듈의 접착부
14 : 백워싱용 유입부
15 : 중공사막 내부 워싱용 제1유출부
16, 54 : 다공질 튜브
20, 40 : 상부캡
21, 41 : 유출부
22 : 중공사막 내부 워싱용 모듈
23 : 중공사막 내부 워싱용 유입부
24 : 채널
25 : 고정관
26 : 원형판
30, 60 : 하부캡
31 : 중공사막 내부 워싱용 제2유출부
51 : 백워싱용 제1유입부
52 : 백워싱용 제2유입부
53, 53': 다공질 튜브 상 유출수 차집용 홀
61 : 원수 유입부 및 중공사막 내부 워싱용 유출부

Claims (6)

  1. 원수를 여과시키거나, 세정 시 역세수를 통과시키기 위한 복수의 중공사를 포함하고, 세정 시 역세수가 유입되는 백워싱용(pore washing) 유입부와 역세수가 배출되는 중공사막 내부 워싱용 제1유출부를 포함하는 원통형의 중공사막 모듈 본체;
    상기 여과 처리된 생산수가 배출되는 유출부를 포함하고, 상기 중공사막 모듈 본체의 상부에 배치되는 상부캡; 및
    상기 원수가 유입되거나, 세정 시 역세수가 배출되는 중공사막 내부 워싱용 제2유출부를 포함하고, 상기 중공사막 모듈 본체의 하부에 배치되는 하부캡;을 포함하고,
    상기 백워싱용 유입부는 중공사막 모듈 본체의 측면의 상단부에 배치되고 상기 중공사막 내부 워싱용 제1유출부는 중공사막 모듈 본체의 측면의 하단부에 배치되며,
    상기 상부캡 내부에는 원형판, 및 세정 시 역세수가 유입되도록 상기 원형판의 중앙 영역에 형성되는 돌출형상의 중공사막 내부 워싱용 유입부를 포함하는 중공사막 내부 워싱용 모듈이 배치되는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중공사막 내부 워싱용 모듈은 상기 여과 처리된 생산수가 배출되거나, 상기 역세수가 유입되도록 상기 원형판 상에 홈 형상의 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중공사막 내부 워싱용 유입부는 중공사막 내부 워싱용 유입부에 배치된 제어밸브에 의해 간헐적으로 개폐되는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    세정 시 백워싱용 유입부와 중공사막 내부 워싱용 제1유출부를 먼저 개방하여 백워싱이 수행된 후, 중공사막 내부 워싱용 유입부와 중공사막 내부 워싱용 제2유출부를 개방하여 채널워싱이 수행되도록 하거나,
    또는, 세정 시 백워싱용 유입부와 중공사막 내부 워싱용 제1유출부, 중공사막 내부 워싱용 유입부와 중공사막 내부 워싱용 제2유출부를 동시에 개방하여, 백워싱과 채널워싱이 동시에 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중공사막 모듈 본체는 상기 여과 처리된 생산수를 분배시키도록 일정 간격에 배치되는 다공질 튜브를 1개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부캡은 상기 중공사막 내부 워싱용 유입부를 고정하기 위한 고정관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.


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