KR102022025B1 - 공기세정 일체형 침지식 중공사막 모듈 장치 - Google Patents

Abstract

침지형 중공사막 모듈이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 침지형 중공사막 모듈은, 다수의 중공사막이 포팅제에 의해 고정되어 형성되는 중공사막 다발; 및 상기 중공사막 다발의 일측에 마련되어 상기 중공사막 다발을 지지하되 내부로 유입되어 배출되는 공기 세정시간을 지연 또는 간헐적으로 유지시키는 공기 세정시간 지연부를 구비하는 모듈 서포팅 유닛을 포함한다.

Description

공기세정 일체형 침지식 중공사막 모듈 장치{Integral type immersed hollow fiber membrane module equipment for air scouring}

본 발명은, 침지형 중공사막 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 조대기포를 발생하는 효율적인 구조로써 공기 세정시간을 지연 또는 간헐적으로 유지시킬 수 있으며, 이로 인해 에너지 절감 및 여과 유량을 종래보다 향상시킬 수 있는 공기세정 일체형 침지식 중공사막 모듈 장치에 관한 것이다.

중공사막 모듈(hollow fiber membrane module)은 표면에 무수히 많은 작은 기공이 뚫려 있고, 가운데 공간이 비어 있는 가는 섬유인 중공사(hollow fiber)를 분리막으로 이용하는 여과 처리장치이다.

중공사막 모듈은 여러 가지 물질이 혼합되어 있는 다성분 액체로부터 기공 크기보다 큰 물질을 배제하고, 기공 크기보다 작은 특정 물질만을 선택적으로 통과시켜 효과적으로 여과하는 장치이다.

이와 같은 중공사막 모듈은 무균수, 음용수 제조 등의 한외여과나 정밀여과분야에서 널리 이용되어 왔으며, 최근 하ㅇ폐수 수처리장에서의 기존의 침전조 대신 슬러지와 처리수를 분리하는 고액 분리 등에도 다양하게 적용된다.

하수 처리에 사용되는 중공사막 모듈은 폭기조에 중공사막이 적용되는 방식에 따라서 외부 순환 방식 및 모듈 침지 방식으로 나뉘는데, 최근에는 하ㅇ폐수 처리에 침지 방식이 주로 사용된다.

도 1은 종래기술에 따른 침지형 중공사막 모듈의 구조도이다.

이 도면을 참조하면, 종래기술에 따른 침지형 중공사막 모듈은 모듈 케이스(30)와, 다수의 중공사막(10)이 제1 포팅제(20)에 의해 고정되어 이루어진 중공사막 다발(미도시)과, 상기 중공사막 다발과 모듈 케이스(30)를 고정시키는 접착층(40,45,50)을 포함한다.

모듈 케이스(30)는 투과수를 집수하는 집수부(32), 집수부(32)에서 집수된 투과수를 배출하는 배출홀(34), 그리고 걸림턱(36)을 포함한다. 중공사막 다발은 모듈 케이스(30)의 걸림턱(36)에 안착되는 형태로 결합된다.

한편, 도 1과 같은 형태의 침지형 중공사막 모듈이 일반적일 수 있는데, 이와 같은 종래의 침지형 중공사막 모듈의 경우에는 중공사막의 막오염을 저감하기 위해 별도의 공기세정 장치가 설치되어 중공사막 다발에 이웃된 위치에서 공기의 배출이 너무 과도하게 이루어지는 구조적인 한계로 인해 여과 처리의 효율이 떨어질 수 있다는 점을 고려해볼 때, 기존에 알려지지 않은 막오염 저감 효율 및 공기세정 시 요구되는 에너지 저감의 침지식 중공사막 모듈 장치에 대한 기술개발이 필요한 실정이다.

대한민국특허청 출원번호 제10-2013-7009457호

본 발명의 목적은, 조대기포를 발생하는 효율적인 구조로써 공기 세정시간을 지연 또는 간헐적으로 유지시킬 수 있으며, 이로 인해 에너지 절감 및 여과 처리의 효율을 종래보다 향상시킬 수 있는 공기세정 일체형 침지식 중공사막 모듈 장치을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 다수의 중공사막이 포팅제에 의해 고정되어 형성되는 중공사막 다발; 및 상기 중공사막 다발의 일측에 마련되어 상기 중공사막 다발을 지지하되 내부로 유입되어 배출되는 공기 세정시간을 지연 또는 간헐적으로 유지시키는 공기 세정시간 지연부를 구비하는 모듈 서포팅 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈에 의해 달성된다.

상기 모듈 서포팅 유닛은, 외관을 형성하는 유닛 하우징; 상기 유닛 하우징의 내벽에 마련되되 상기 중공사막 다발의 단부가 거치되는 다발 거치부; 상기 중공사막 다발과 연통되게 상기 유닛 하우징 내에 형성되며, 투과수가 집수되는 투과수 집수 공간부; 및 상기 투과수 집수 공간부에 이웃하게 상기 유닛 하우징 내에 형성되며, 공기가 유동되는 공기 유동 공간부를 포함하며, 상기 공기 세정시간 지연부는 상기 공기 유동 공간부 내에 마련될 수 있다.

상기 모듈 서포팅 유닛은, 상기 유닛 하우징 내에 마련되되 상기 투과수 집수 공간부와 상기 공기 유동 공간부를 구획하는 격벽을 더 포함하며, 상기 공기 세정시간 지연부는 상기 격벽에 교차되게 연결되되 상호간 이격 배치되는 공기 배플 월(air baffle wall)일 수 있다.

상기 모듈 서포팅 유닛은, 상기 유닛 하우징에 연결되며, 상기 유닛 하우징의 공기 유동 공간부로 공기를 공급하는 공기 공급부(air injection); 및 상기 공기 유동 공간부가 위치되는 영역에서 상기 유닛 하우징의 측벽에 마련되는 다수의 공기 배출부(air outlet hole)를 더 포함하며, 상기 공기 배출부는 바깥쪽으로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지게 상기 유닛 하우징의 측벽에 관통 형성될 수 있다.

상기 모듈 서포팅 유닛은, 상기 공기 배출부가 위치되는 영역에서 상기 유닛 하우징에 연결되며, 배출되는 공기의 흐름을 유도해서 상기 중공사막 다발에 공급되게 가이드하는 공기 가이드를 더 포함할 수 있다.

상기 모듈 서포팅 유닛은, 상기 공기 유동 공간부가 위치되는 영역에서 상기 유닛 하우징의 저부벽에 형성되며, 슬러지(sludge)가 배출되는 슬러지 배출부를 더 포함할 수 있다.

상기 다발 거치부에는 상기 투과수 집수 공간부와 연통되는 연통구가 형성되며, 상기 연통구의 외벽에는 사각 파이프(square pipe)가 거치되는 파이프 거치턱이 형성될 수 있다.

상기 모듈 서포팅 유닛은 상기 중공사막 다발을 사이에 두고 그 양측에 배치되어 상기 중공사막 다발을 양측에서 지지하되 형태가 다른 상부 유닛과 하부 유닛을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 조대기포를 발생하는 효율적인 구조로써 공기 세정시간을 지연 또는 간헐적으로 유지시킬 수 있으며, 이로 인해 에너지 절감 및 여과 처리의 효율을 종래보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 침지식 중공사막 모듈의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기세정 일체형 침지식 중공사막 모듈 장치가 프레임과 결합된 구조도이다.
도 3은 도 2의 요부 확대도이다.
도 4는 도 3의 A-A선의 부분 단면도이다.
도 5는 도 3의 측면도이다.
도 6은 도 3의 B 영역의 확대 단면도이다.
도 7은 도 4의 C 영역의 확대도이다.
도 8은 도 5의 D 영역에 대한 단부 영역의 확대 단면도이다.
도 9는 도 5의 D 영역에 대한 중공사막 다발 영역의 확대 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 침지형 중공사막 모듈에서 중공사막 다발 영역의 확대 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이제 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참고로 상세하게 설명한다. 실시예의 설명 중 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 침지형 중공사막 모듈의 구조도, 도 3은 도 2의 요부 확대도, 도 4는 도 3의 A-A선의 부분 단면도, 도 5는 도 3의 측면도, 도 6은 도 3의 B 영역의 확대 단면도, 도 7은 도 4의 C 영역의 확대도, 도 8은 도 5의 D 영역에 대한 단부 영역의 확대 단면도, 그리고 도 9는 도 5의 D 영역에 대한 중공사막 다발 영역의 확대 단면도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 침지형 중공사막 모듈(100)은 효율적인 구조로써 공기 배출시간을 지연 또는 간헐적으로 유지시킬 수 있으며, 이로 인해 막오염 저감 및 에너지 절감을 종래보다 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 공기세정 일체형 침지식 중공사막 모듈 장치(100)는 중공사막 다발(110)과, 중공사막 다발(110)을 지지하는 모듈 서포팅 유닛(120)을 포함하며, 모듈 서포팅 유닛(120)에 내부로 유입되어 배출되는 공기 세정시간을 지연 또는 간헐적으로 유지시키는 공기 세정시간 지연부(150)가 적용되는 구조를 갖는다. 참고로, 도 1은 본 실시예에 따른 공기세정 일체형 침지식 중공사막 모듈 장치(100)의 설명을 위해 프레임과 결합된 상태임을 미리 밝혀둔다.

도 2를 참조하면 본 실시예에 따른 침지형 중공사막 모듈(100)을 통해 P 방향으로 투과수가 흡인될 수 있고, Q 방향으로 공기(air)가 공급될 수 있다. 물론, Q 방향의 공기 공급을 생략하고, 도 6의 공기 공급부(135)에 솔레노이드 밸브를 달아 직접 공기를 공급하는 것도 가능하다. 따라서 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

우선, 중공사막 다발(110)에 대해 알아본다. 중공사막 다발(110)은 다수의 중공사막(111)이 포팅제(112)에 의해 고정되어 형성되는 집합체이다.

익히 알려진 것처럼 중공사막(111)은 가운데 공간이 비어 있는 가는 섬유이고, 포팅제(112)는 다수의 중공사막(111)의 단부를 고정시키는 역할을 한다. 다수의 중공사막(111)을 액상 혹은 젤 타입의 포팅제(112)에 침지시킨 후, 포팅제(112)가 굳으면 일정 부분을 잘라냄으로써 중공사막 다발(110)을 제작할 수 있다. 중공사막(111)의 단부에 포팅제(112)가 고정되더라도 중공사막(111)의 내부는 빈 공간을 그대로 유지할 수 있다.

한편, 모듈 서포팅 유닛(120)은 중공사막 다발(110)의 일측에 마련되어 중공사막 다발(110)을 지지하는 역할과 더불어 유체가 흐르는 통로의 역할을 동시에 수행한다.

본 실시예에서 모듈 서포팅 유닛(120)은 중공사막 다발(110)을 사이에 두고 그 양측에 배치되어 중공사막 다발(110)을 양측에서 지지한다.

모듈 서포팅 유닛(120)은 상부 유닛(120a)과 하부 유닛(120b)을 포함할 수 있다. 상부 유닛(120a)과 하부 유닛(120b)은 중공사막 다발(110)을 지지하는 역할을 하지만 그 형태는 다를 수 있다.

이러한 모듈 서포팅 유닛(120)은 주로 도 6 내지 도 9를 참조할 때, 유닛 하우징(130), 투과수 집수 공간부(140), 공기 유동 공간부(142), 그리고 공기 세정시간 지연부(150)를 포함할 수 있다.

유닛 하우징(130)은 모듈 서포팅 유닛(120)의 외관을 형성한다. 물 속에 침지되기 때문에 유닛 하우징(130)은 내부식성을 가지면서도 강성이 우수한 플라스틱 형태의 재질로 제작될 수 있다.

유닛 하우징(130)의 내벽에는 다발 거치부(131)가 마련된다. 다발 거치부(131)는 중공사막 다발(110)의 단부가 거치되는 장소를 이룬다.

이러한 다발 거치부(131)에는 투과수 집수 공간부(140)와 연통되는 연통구(132)가 형성된다. 그리고 연통구(132)의 외벽에는 사각 파이프(103, square pipe)가 거치되는 파이프 거치턱(133)이 형성된다.

이처럼 유닛 하우징(130) 내에 다발 거치부(131)가 적용됨으로써 중공사막 다발(110)을 제자리에 거치시키면서 결합시키기에 좋다. 또한 다발 거치부(131)에 파이프 거치턱(133)이 형성에 따라 사각 파이프(103)의 설치도 용이해질 수 있다.

투과수 집수 공간부(140)는 투과수가 집수되는 공간으로서 중공사막 다발(110)과 연통되게 유닛 하우징(130) 내에 일정한 공간으로 형성된다. 그리고 공기 유동 공간부(142)는 투과수 집수 공간부(140)에 이웃하게 유닛 하우징(130) 내에 형성되되 공기가 유동되는 장소를 형성한다.

유닛 하우징(130) 내에서 투과수 집수 공간부(140)와 공기 유동 공간부(142) 사이에는 이들을 구획하는 격벽(144)이 마련된다.

유닛 하우징(130)의 일측에는 유닛 하우징(130)의 공기 유동 공간부(142)로 공기를 공급하는 공기 공급부(135, air injection)가 마련된다. 앞서도 잠시 언급한 것처럼 공기 공급부(135)로 공기를 직접 공급하여 단락 할 수 있다.

공기 유동 공간부(142)가 위치되는 영역에서 유닛 하우징(130)의 측벽에는 다수의 공기 배출부(136, air outlet hole)가 형성된다.

공기 배출부(136)는 홀(hole)의 형태로 마련되며, 유닛 하우징(130)의 측벽에 상호 이격되게 다수 개 적용된다. 본 실시예에서 공기 배출부(136)는 바깥쪽으로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지게 유닛 하우징(130)의 측벽에 관통 형성된다. 공기 배출부(136)가 바깥쪽으로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지는 형상을 가짐으로써 슬러지로 인한 막힘을 저감할 수 있다. 즉 공기의 배출이 원활해질 수 있다.

공기 유동 공간부(142)가 위치되는 영역에서 유닛 하우징(130)의 저부벽에는 슬러지(sludge)가 배출되는 슬러지 배출부(137)가 마련된다. 슬러지 배출부(137)가 형성됨으로써 공기 유동 공간부(142) 내에 슬러지가 퇴적되어 공기의 유동 공간을 감소시키는 현상을 효과적으로 예방할 수 있다.

한편, 공기 세정시간 지연부(150)는 유닛 하우징(130)에 마련되되 공기 유동 공간부(142) 내로 유입되어 배출되는 공기 세정시간을 지연 또는 간헐적으로 유지시키는 역할을 한다. 즉 공기가 공급되면 공간 내의 물을 천천히 배출시켜 공기 공간을 형성하게 되는데, 이와 같이 공기 공간에 공기가 차는 시간을 통해 공기가 배출되는 시간을 지연시키는 효과가 있다.

본 실시예에서 공기 세정시간 지연부(150)는 격벽(144)에 교차되게 연결되되 상호간 이격 배치되는 공기 배플 월(150, air baffle wall)로 적용된다. 하지만, 다른 형태의 공기 세정시간 지연부(150)가 적용되어도 무방하다.

이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예에 따르면, 효율적인 구조로써 공기 배출시간을 지연시킬 수 있으며, 이로 인해 여과 처리의 효율을 종래보다 향상시킬 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 침지형 중공사막 모듈에서 중공사막 다발 영역의 확대 단면도이다.

이 도면을 참조하면, 본 실시예에서 모듈 서포팅 유닛(220) 역시, 유닛 하우징(130), 투과수 집수 공간부(140), 공기 유동 공간부(142) 및 공기 세정시간 지연부(150)를 포함할 수 있다.

그리고 공기 유동 공간부(142)가 위치되는 영역에서 유닛 하우징(130)의 측벽에는 다수의 공기 배출부(136)가 형성된다.

한편, 이와 같은 구조에서 유닛 하우징(130)의 외벽에는 공기 가이드(260)가 결합된다. 공기 가이드(260)는 공기 배출부(136)가 위치되는 영역에서 유닛 하우징(130)에 연결되되 공기 배출부(136)로 배출되는 공기의 흐름을 간헐적으로 유도해서 중공사막 다발(110)에 공급되게 가이드하는 역할을 한다. 따라서 에너지 절감 및 여과 처리의 효율이 보다 향상될 수 있게끔 한다.

본 실시예가 적용되더라도 효율적인 구조로써 공기 배출시간을 지연시킬 수 있으며, 이로 인해 에너지 절감 및 여과 처리의 효율을 종래보다 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 침지형 중공사막 모듈 103 : 사각 파이프
110 : 중공사막 다발 111 : 중공사막
112 : 포팅제 120 : 모듈 서포팅 유닛
120a : 상부 유닛 120b : 하부 유닛
130 : 유닛 하우징 131 : 다발 거치부
132 : 연통구 133 : 파이프 거치턱
135 : 공기 공급부 136 : 공기 배출부
137 : 슬러지 배출부 140 : 투과수 집수 공간부
142 : 공기 유동 공간부 144 : 격벽
150 : 공기 세정시간 지연부 260 : 공기 가이드

Claims (4)

1. 다수의 중공사막이 포팅제에 의해 고정되어 형성되는 중공사막 다발; 및
   상기 중공사막 다발의 일측에 마련되어 상기 중공사막 다발을 지지하되 내부로 유입되어 배출되는 공기 세정시간을 지연 또는 간헐적으로 유지시키는 공기 세정시간 지연부를 구비하는 모듈 서포팅 유닛;
   을 포함하되,
   상기 모듈 서포팅 유닛은,
   외관을 형성하는 유닛 하우징;
   상기 중공사막 다발과 연통되게 상기 유닛 하우징 내에 형성되며, 투과수가 집수되는 투과수 집수 공간부;
   상기 투과수 집수 공간부에 이웃하게 상기 유닛 하우징 내에 형성되고, 공기가 유동되며 내측에 상기 공기 세정시간 지연부가 마련되는 공기 유동 공간부; 및
   상기 유닛 하우징 내에 마련되되 상기 투과수 집수 공간부와 상기 공기 유동 공간부를 구획하는 격벽;을 포함하고,
   상기 공기 세정시간 지연부는 상기 격벽에 상호간 이격 배치되되, 상기 격벽으로부터 연장되며 하단이 상기 공기 유동 공간부의 바닥면과 이격되는 공기 배플 월(air baffle wall)이며,
   상기 모듈 서포팅 유닛은,
   상기 유닛 하우징의 양측에 연결되며, 상기 유닛 하우징의 공기 유동 공간부에 구비된 상기 공기 배플 월(air baffle wall) 사이 양측으로 공기를 공급하는 공기 공급부(air injection); 및
   상기 공기 유동 공간부가 위치되는 영역에서 상기 유닛 하우징의 측벽에 마련되되, 슬러지로 인한 막힘이 저감되어 공기의 배출이 원활해지도록 바깥쪽으로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지게 상기 유닛 하우징의 측벽에 관통 형성되는 다수의 공기 배출부(air outlet hole);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
   
   
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제

Images