KR102051368B1

KR102051368B1 - 관형정밀여과막

Info

Publication number: KR102051368B1
Application number: KR1020190068733A
Authority: KR
Inventors: 김남두; 이성원
Original assignee: 주식회사 코레드
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2019-12-03

Abstract

본 발명은 관형막에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상/하/폐수 등에서 입자상 물질을 제거하기 위한 수처리 시스템에 이용되는 관형막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 관형막(100)은 외주면에 기공(11)이 형성되고 길이방향으로 상하면이 관통되는 중공부(12)를 포함하는 원통 형상의 지지체(10); 상기 지지체(10)의 내부에 인입되는 복수의 충진부재(20);를 포함하고, 상기 충진부재(20)의 외경이 상기 지지체(10)의 중공부(12)의 지름보다 작고 상기 지지체(10)의 중공부(12)의 반지름보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적은 관형막 내의 중공부 내에 복수의 내장부재를 설치함으로써, 부분적인 역세 집중현상을 방지하고 관형막의 전체구간을 고르게 역세할 수 있도록 하는데 있다.

Description

관형정밀여과막{Tubular Macrofiltration Membrane}

본 발명은 관형정밀여과막에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상/하/폐수 등에서 입자상 물질을 제거하기 위한 수처리 시스템에 이용되는 관형막 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 상/하/폐수 등에서 입자상 물질을 제거하기 위한 여과기 관련 분야에서는 분리막(membrane)을 이용하여 피처리액 중의 오염 물질을 여과함으로써 생산수를 얻고 있다.

분리막은 특정성분을 선택적으로 통과시킴으로써 용해되어 있지 않는 입자를 분리하는 일반 여과(Filtration)뿐만 아니라, 폐수 중의 콜로이드, 미립자 등의 부유물질을 분리 제거하는 데 적합하며, 액체에 용해된 용존 물질이나 혼합기체의 분리까지도 가능한 특수한 재질의 막(膜)을 지칭한다. 이러한 분리막은 그 성능에 따라 정밀여과막(MF; Microfiltration Membrane), 한외여과막(UF; Ultra filtration Membrane), 나노여과막(NF; Nan filtration Membrane), 역삼투막(RO; Reverse Osmosis Membrane), 이온교환막(IE; Ion Exchange), 전기투석막(ED; Electrolyte Dialysis), 기체분리막(GAS; Gas Separation/ PV), 및 혈액투석막 (Hem dialysis)으로 나뉘며, 사용 목적에 따라 적절히 선택한다.

또한, 분리막은 형태에 따라 나권형(Spiral-wound), 중공사형(Hollow -Fiber), 관형(Tubular Type), 판틀형(Plate ＆ Frame type), 실관형(Hollow-fiber type) 그리고 모노리스형 모듈(Monolith type) 등으로 구분할 수 있다. 이 중에서 관형막은 강한 내구성과 내화학성을 가지고 있어 다른 막으로 처리하기 어려운 고농도의 폐수를 처리하거나 오염물질 또는 회수 대상 물질을 농축하는데 사용되고 있으며 이에 대한 다양한 연구개발이 진행되어 왔다.

일례로, 한국등록특허 제1384239호는 관형상으로 다공성 재질의 분리막과 상기 분리막의 내부에서 상기 분리막으로부터 처리수를 취수하도록 복수의 유동공이 형성된 취수관을 포함하는 복수의 분리막모듈의 조립에 의해 구성됨을 특징으로 하는 침지형 세라믹 분리막 모듈 조립체에 관한 것이다. 또한 한국등록특허 제1260742호는 여과 성능이 우수함과 함께, 내약품성 및 기계적 강도가 우수하고, 장기에 걸쳐 안정된 투과 유량을 얻을 수 있는 여과용 분리막 엘리먼트를 제공한다. 한국등록특허 제515806호는 여과장치, 특히 피처리액 중에 침지된 상태에서 피처리액을 여과처리하여 여과액을 얻기 위한 침지형 막 여과장치에 관한 것이다. 일본등록특허 제5407133호는 여과용 분리막 엘리먼트 및 복수의 분리막 엘리먼트를 집속한 여과용 막 모듈에 관한 것으로 환경보전 분야, 의약 식품 분야 등의 고액 분리 처리를 하는 여과 장치에 사용되는 것이다.

종래기술은 여러 개의 관형막들을 직렬로 연결하여 운영하고 있기 때문에, 원수의 유입에서 농축 배출수 및 생산수의 유출까지 관형막의 모듈별 오염 정도 및 오염 시기 등의 오염 경향이 상이하여 관형막의 모듈별 오염 관리가 용이하지 않아 전체 시스템의 안정적 관리가 어려운 실정이다. 특히 마크로필터는 기공의 크기가 커서 관형막의 표면이 분순물에 의해 막히기 쉽기 때문에 역세 과정에서 관형막 전체에 순간 고른 역세 효과가 중요하다.

일반적으로 물이 관형막 내부에 채워져 있는 상태에 공기를 이용하여 역세 과정을 진행하는 경우, 공기가 위로 올라가는 성질 때문에 역세 효과가 상부에 주로 집중되는 경향이 있어 관형막 전체 모듈의 균일한 세척 효과를 달성하기가 어려운 문제점이 있다.

한국등록특허 제1384239호 한국등록특허 제1260742호 한국등록특허 제515806호 일본등록특허 제5407133호

본 발명의 목적은 관형막 내의 중공부 내에 복수의 내장부재를 설치함으로써, 부분적인 역세 집중현상을 방지하고 관형막의 전체구간을 고르게 역세할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명에 따른 관형막(100)은 외주면에 기공(11)이 형성되고 길이방향으로 상하면이 관통되는 중공부(12)를 포함하는 원통 형상의 지지체(10); 상기 지지체(10)의 내부에 인입되는 복수의 충진부재(20);를 포함하고, 상기 충진부재(20)의 외경이 상기 지지체(10)의 중공부(12)의 지름보다 작고 상기 지지체(10)의 중공부(12)의 반지름보다 큰 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 충진부재(20)는 중앙 영역에 상하면이 서로 관통되는 관통홀(21)이 형성되고, 상기 관통홀(21)을 관통 가능하게 형성되고, 상기 복수의 충전부재(10)을 선형으로 연결하는 연결부재(22);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 기공(11)의 크기는 1 내지 10 마이크로미터인 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 지지체(10)의 내경의 크기는 6 내지 8mm이고, 외경의 크기는 7 내지 10mm인 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 충진부재(20)는 원 형태, 타원 형태 또는 정다면체 형태인 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 충진부재(20)의 소재는 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 활성탄, 이온교환수지, 세라믹볼 중에서 선택된 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 지지체(10) 및 상기 충진부재(20)는 투입 역세 압력이 3 내지 5 kg/㎤인 환경에서 운전이 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 관형막 제조방법은 융점이 110도 내지 200도인 섬유를 함유한 부직포 시트를 컷팅하는 컷팅단계(S10); 상기 부직포 시트를 복수 겹으로 권취하여 내경 6 내지 8mm의 관 형상의 지지체로 제조하는 권취단계(S20); 상기 권취된 부직포 시트를 융점 이상의 온도로 가열하여 상기 복수 겹의 부직포 시트가 일정한 두께로 융착 결합되는 가열단계(S30); 폴리비닐덴플루오라이드(PVDF) 및 유리전이온도가 상기 폴리비닐덴플루오라이드(PVDF)의 유리전이온도와 상이한 고분자를 추가해 전기 방사용액을 제조하는 전기 방사용액 제조단계(S40); 상기 전기 방사용액을 상기 지지체에 전기 방사하여 상기 지지체의 외부를 코팅하는 외부 코팅 단계(S50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 부직포 시트는 LM-PET를 함유한 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 외부 코팅 단계(S50)는 상기 전기 방사용액을 시린지에 투입한 후, 시린지 펌프를 이용하여 상기 지지체 상에 5 ~ 15㎕/min의 속도로 토출시키는 방식으로 실시하는 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 외부 코팅 단계(S50)는 방사 전압 : 10 ~ 25 kV 및 방사 거리 : 10 ~ 20 cm 조건으로 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 관형막 시스템은 상기 관형막(100)이 2개 이상 설치되고, 상기 관형막(100)의 기공(11)을 통해 관형막(100) 외부에서 관형막(100) 내부 중공부(12)로 여과되는 피처리액을 통과시켜 배출하는 분리막모듈(200); 상기 피처리액을 집수하는 처리수 집수관(310)을 포함하고, 상기 분리막모듈(200) 상단에 결합되어 상기 여과되는 피처리액을 배출하기 위한 배출부(300); 역세용 유체를 집수하는 역세 집수관(410)을 포함하고, 상기 분리막모듈(200) 하단에 결합되어 역세용 유체를 공급하는 역세부(400);를 포함하며, 상기 배출부(300)는 최상단에 상기 역세용 유체를 배출할 수 있도록 상부 방향으로 벤트배관(320)을 포함하며, 상기 분리막모듈(200)과 상기 역세 집수관(410)이 8 내지 15mm의 간격을 유지하며 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 관형막 시스템 운전방법은 상기 관형막(100) 외면에서 내측 방향으로 피처리액이 통과되어 불순물이 여과되는 여과단계(S100); 상기 관형막(100)의 중공부(12)를 통해 여과된 피처리액을 압송하여 배출부(300)로 배출하는 배출단계(S200); 역세부(400)에서 상기 관형막(100)의 중공부(12) 방향으로 3 내지 5 kg/㎤의 압력으로 유체를 주입하여 상기 관형막(100) 표면에 침적된 오염물을 제거하는 역세단계(S300);를 포함하고, 상기 역세단계는 상기 유체가 상기 관형막(100) 내부에 인입된 복수의 충진부재(20)와 충돌하여 저항이 발생하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 관형막 내의 중공부에 복수의 내장부재를 설치하여, 부분적인 역세집중현상을 방지하고 관형막의 전체구간을 고르게 역세할 수 있는 효과를 갖는다.

또한 마크로필터의 기공의 크기가 크기 때문에 발생할 수 있는 불순물에 의한 기공의 막힘 현상을 극복하기 위해 역세 과정에서 지속적으로 여과기능을 가능하도록 하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 관형막을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 관형막을 제조하는 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 관형막을 나타낸 단면도이다.
도 4(a)는 본 발명의 실시예에 따른 관형막의 유량이 좁은 구간을 나타낸 단면도이고, 도 4(b)는 본 발명의 실시예에 따른 관형막의 유량이 넓은 구간을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 관형막을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 관형막을 포함하는 관형막 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 관형막을 포함하는 관형막 시스템의 운전방법을 나타낸다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 관련하여, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음이 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 관형막을 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 관형막(100)은 외주면에 기공(11)이 형성되고 길이방향으로 상하면이 관통되는 중공부(12)를 포함하는 원통 형상의 지지체(10); 상기 지지체(10)의 내부에 인입되는 복수의 충진부재(20);를 포함한다.

지지체(20)는 일반 PET 부직포보다 낮은 온도(100 ~ 200℃)에서 녹는 LM(Low Melting) PET 섬유를 함유한 부직포에 다른 첨가물 없이 열을 가하여 일정한 두께로 권취하는 방식으로 내경 4 ~ 8mm의 관형 형태로 제조한다. 구체적으로 지지체(10)의 내경의 크기는 6 내지 8mm이고, 외경의 크기는 7 내지 10mm인 것이 바람직하다. 또한 지지체(10)는 외주면에 다수 개의 기공(11)을 포함하는데 기공(11)의 크기는 1 ~ 10㎛인 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 관형막을 제조하는 방법을 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 관형막을 제조하는 방법은 컷팅단계(S10), 권취단계(S20), 가열단계(S30), 전기 방사용액 제조단계(S40), 외부 코팅 단계(S50)를 포함한다.

컷팅단계(S10)는 융점이 110도 내지 200도인 섬유를 함유한 부직포 시트를 직사각형 형태로 컷팅한다. 구체적으로 부직포 시트는 저융점(LM) 폴리에스테르를 포함하는 복합섬유인 것이 바람직하다.

권취단계(S20)는 마주하게 배치된 한 쌍의 원통형 금형(미도시) 외주면에 부직포 시트를 복수 겹으로 권취하여 내경 6 내지 8mm의 관 형상의 지지체(10)로 제조한다.

가열단계(S30)는 권취된 부직포 시트를 융점 이상의 온도로 가열하여 상기 복수 겹의 부직포 시트가 일정한 두께로 융착 결합되도록 한다. 일반 PET 부직포보다 낮은 온도(100 ~ 200℃)에서 녹는 LM(Low Melting) PET 섬유를 함유한 부직포를 사용하는 경우 다른 첨가물 없이 열을 가하여 일정한 두께로 권취하는 것이 가능하다.

전기방사 용액 제조단계(S40)에서는 폴리비닐덴플루오라이드(PVDF) 및 유리전이온도가 상기 폴리비닐덴플루오라이드(PVDF)의 유리전이온도와 상이한 고분자를 추가해 전기방사 용액을 제조한다.

외부 코팅 단계(S50)는 전기 방사용액을 상기 지지체(10)에 전기 방사하여 상기 지지체(10)의 외부를 코팅한다.

전기방사는 노즐에 용액을 주입하여 노즐 표면에 맺힌 용액의 표면 장력보다 강한 전기 에너지를 노즐에 인가하여 용매를 증발시키면서 나노 섬유를 발생시켜 적층될 콜렉터에 유도시킨다. 이를 위하여 전기 방사용액은 친수성이 가미된 혹은 가미되지 않은 폴리비닐덴플루오라이드(PVDF)를 주 고분자로 한다. 용매 사용에 있어 NMP를 주 용매로 하고 끓는점이 낮은 용매를 추가하여 전기방사 용액을 제조한다. 주 고분자에 유리전이온도가 다른 고분자를 추가하여 혼합 용액을 지지체에 전기방사하며, 특정 라미네이팅 온도에서 압착하여 나노섬유 코팅층과 지지체의 고정력을 강하게 키워 모듈 운전시 물 혹은 공기 역세 운전에 있어서 나노섬유 코팅 층의 탈착 현상이 발생하지 않게 제조한다.

전기방사는 전기방사 용액을 시린지(미도시)에 투입한 후, 펌프(미도시)를 이용하여 지지체 상에 5 ~ 15㎕/min의 속도로 토출시키는 방식으로 실시하는 것이 바람직하다.

전기방사는 방사 전압 : 10 ~ 25kV 및 방사 거리 : 10 ~ 20cm 조건으로 실시하는 것이 바람직하며, 여기서, 방사 거리는 방사 대상물인 지지체와 시린지의 노즐 간의 이격 거리를 의미한다.

방사 전압이 10kV 미만일 경우에는 제조 시간이 과도하게 소요되어 제조 비용을 상승시킬 우려가 있을 뿐만 아니라, 균일한 막질 형성에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 방사 전압이 25kV를 초과할 경우에는 효과 상승 대비 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다. 또한, 방사 거리가 10cm 미만일 경우에는 노즐에 의한 간섭으로 막질 특성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 방사 거리가 20cm를 초과할 경우에는 균일한 막을 확보하는데 어려움이 따를 수 있다.

외부 코팅 단계(S50) 과정에서 관형막(100) 외부 표면에 코팅층이 형성되는데, 이 과정에서 코팅층을 지지체(10)에 고정시키기 위해 지지체(10)를 부직포 시트의 융점 이상의 온도로 가열하여 코팅층과 부직포 시트가 일정한 두께로 융착 결합시키는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 관형막을 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 관형막(100)은 충진부재(20)의 외경이 상기 지지체(10)의 중공부(12)의 지름보다 작고 지지체(10)의 중공부(12)의 반지름보다 큰 것을 특징으로 한다. 충진부재(20)는 관형막(100)의 역세 과정에서 발생하는 유체의 흐름에 저항을 발생시켜 관형막(100) 전체에 고르게 역세 효과를 나타내게 할 수 있다. 충진부재(20)의 외경이 중공부(12)의 지름과 동일할 경우 하나의 충진부재(12)에 의하여 중공부(12)가 막힐 수 있어 처리수가 중공부(12)를 원활하게 이동하기 어렵고, 충진부재(20)의 외경이 중공부(12)의 반지름보다 작을 경우 복수의 충진부재(20)에 의하여 중공부(12)가 막힐 수 있다. 복수의 충진부재(20)는 일정한 형상으로 형성되며 관형막(100) 내부에 불규칙한 배열로 나열될 수 있다.

충진부재(20)의 형상은 원 형태, 타원 형태 또는 정다면체 형태일 수 있으며, 역세 과정에서 발생하는 저항의 크기를 조절하기 위하여, 표면에 돌출부 또는 내부에 홈을 형성할 수 있다. 그 외에 충진부재의 형상(20)이 꽈배기 모양이거나, 오목 볼록한 막대기 형상으로 형성될 수도 있다. 또한 충진부재(20)의 소재는 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 활성탄, 이온교환수지, 세라믹볼 중에서 선택된 하나 이상으로 구성되며, 경제성을 고려할 경우 폴리에틸렌(PE, polyethylene) 또는 폴리프로필렌(PP, polypropylene)을 사용하는 것이 바람직하다.

일반적인 관형막의 역세 과정에서는 순간 고압(1㎏/㎠이상)의 역세 시, 채워져 있던 물을 압축 공기 힘으로 순간적으로 밀어 낸 후 공기가 배출되고 이 과정을 일정시간 간격으로 반복할 수 있다. 이때 밀려나온 물이나 공기에 대한 저항이 없을 경우 관형막의 상부에서만 역세효과가 있어 관형막의 상부 및 하부에 고른 역세효과를 위하여 불규칙적으로 계속 저항 값을 주어야 한다.

관형막(100) 내부의 중공부(12)에 복수개의 충진부재(20)를 채워줌으로써. 역세 과정에서 관형막(100) 내부를 이동하는 유체와 관형막(100) 내부에 인입된 복수의 충진부재(20)가 충돌하여 저항이 발생한다. 이렇게 발생한 저항으로 인하여 역세 과정에서의 유체가 관형막(100) 상하부 전체로 고르게 분산될 수 있기 때문에 역세과정에서 관형막(100)의 부분적인 역세집중현상을 방지하고 관형막(100)의 전체 구간을 고르게 역세할 수 있는 효과를 갖는다.

충진부재(20)에 의한 효과를 보다 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 4(a)는 본 발명의 실시예에 따른 관형막의 유량이 좁은 구간을 나타낸 단면도이고, 도 4(b)는 본 발명의 실시예에 따른 관형막의 유량이 넓은 구간을 나타낸 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 용어를 설명하면 다음과 같다.

D : 관형막(100)의 내경, 지름

R : 관형막(100)의 반지름

Amin : 충진부재(20)에 의한 저항의 영향을 적게 받아 역세유속이 가장 빠른 지점(역세단면적이 최소인 지점)

Amax : 충진부재(20)에 의한 저항의 영향을 많이 받아 역세유속이 가장 느린 지점(역세단면적이 최대인 지점)

역세 과정에서 사용되는 유체의 유량 Q(㎥/S)과, 유체가 지나가는 관형막 중공부의 단면적 A(㎡) 및 유체의 유속 V(m/sec)의 관계는 다음과 같다.

따라서 Amin의 구간은 저항값이 높도록 해야 하나, 처리하고자 하는 유량은 저항 값이 적어야 하므로 대비 0.5m/sec 이하의 단면적을 유지하면서 Amax구간보다 1/2 이하의 유속을 만들기 위하여 단면적을 최소화한다. 즉, Amax의 구간은 Amin의 구간의 단면적보다 2배 이상 유지함으로써 유체의 유속을 느리게 하여 역세 과정에서 발생하는 저항 값을 낮추도록 한다. Amin구간에서는 유체의 순간 유속이 높았다가 Amax구간의 순간 유속이 적음을 반복하도록 하여 각 부분의 저항 값이 다르게 하여 적은 역세유량으로 전체 고른 역세 효과를 볼 수 있다. 이때 관형막(100) 중공부(12)의 최대(Amax) 구간의 단면적과 최소(Amin) 구간의 단면적의 차이는 클수록 유속에 의한 저항값의 차이가 커 역세효과가 좋으며. Amax 구간의 단면적이 Amin 구간의 단면적보다 최소한 2배 이상이 큰 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 관형막을 나타낸 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명 따른 관형막(100)의 충진부재(20)는 중앙 영역에 상하면이 서로 관통되는 관통홀(21)이 형성되고, 상기 관통홀(21)을 관통 가능하게 형성되고, 상기 복수의 충전부재(20)를 선형으로 연결하는 연결부재(22);를 포함한다.

충진부재(20)에 형성되는 관통홀(21)의 크기를 변화시켜 유체와 충진부재(20)의 저항값을 조절할 수 있다. 연결부재(20)는 유체의 흐름에 영향을 줄 수 있는 다양한 형태로 제작될 수 있다. 나선형 연결부재(22)를 이용하여 각 충진부재(20)를 연결하는 경우 유체가 충진부재(20)와 충돌하여 저항이 발생하는 과정에서 와류가 발생되며, 이렇게 발생된 와류는 역세과정에서 유체의 흐름을 관형막(100)의 상하부 전체로 고르게 분산시킬 수 있어 부분적인 역세집중현상을 방지하고 관형막(100)의 전체 구간을 고르게 역세할 수 있는 효과를 갖는다.

이러한 특징을 갖는 지지체(10) 및 충진부재(20)를 포함한 관형막(100)은 역세 압력이 1 kg/㎤ 이상인 고압 환경 하에서도 운전이 가능하며, 특히 역세 압력이 3 내지 5 kg/㎤인 환경에서 운전이 가능하다.

도 6은 본 발명에 따른 관형막을 포함하는 관형막 시스템을 나타낸 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 관형막 시스템은 관형막(100)이 2개 이상 설치되고, 상기 관형막(100)의 기공을 통해 관형막(100) 외부에서 관형막(100)의 중공부(12)로 여과되는 피처리액을 통과시켜 배출하는 분리막모듈(200); 상기 분리막모듈(200) 상단에 결합되어 상기 여과되는 피처리액을 배출하기 위한 배출부(300); 상기 분리막모듈(200) 하단에 결합되어 역세용 유체를 공급하는 역세부(400);를 포함한다.

분리막모듈(200)은 관형막(100) 외면에서 내측 방향으로 피처리액이 통과되어 불순물이 여과되도록 하며, 관형막(100)의 중공부(12)를 통하여 여과된 처리수를 배출하게 된다.

배출부(300)는 피처리액을 집수하는 처리수 집수관(310)을 포함하고, 분리막모듈(200) 상단에 결합되어 여과되는 피처리액을 배출한다. 배출부(300)의 최상단에는 역세용 유체를 배출할 수 있도록 상부 방향으로 벤트배관(320)이 설치된다.

역세부(400)는 역세용 유체를 집수하는 역세 집수관(410)을 포함하고 분리막모듈(200) 하단에 결합되어 역세용 유체를 관형막(100) 내부로 공급한다. 역세집수관(410)은 역세용 유체를 분리막모듈(200)로 공급할 수 있도록 상호 연결되는데, 이 때 분리막모듈(200)과 역세 집수관(410) 간의 간격은 8 내지 15mm의 간격을 유지하도록 하여 역세 유체의 흐름을 원활하게 구성한다.

관형막 시스템은 피처리액 내에 침지형 및 가압형으로 이용될 수 있으며, 침지형은 일반적으로 사각형태의 모듈로 구성될 수 있으나, 가압형은 사각형태의 모듈이 아닌 원형으로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 관형막을 포함하는 관형막 시스템의 역세부와 배출부는 분리막모듈의 상하로 다양하게 배치될 수 있다. 분리막모듈을 기준으로 상단에 역세부가 결합되고 하단에 배출부가 결합될 수 있고, 또한 상부와 하부에 모두 배출부가 결합되거나 혹은 상부와 하부에 모두 역세부가 결합될 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따른 관형막을 포함하는 관형막 시스템의 운전방법을 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이 관형막 시스템의 운전방법은 여과단계(S100), 배출단계(S200), 역세단계(S300)를 포함한다.

여과단계(S100)는 관형막(100) 외면에서 내측 방향으로 피처리액이 통과되어 불순물이 여과된다.

배출단계(S200)는 관형막(100) 중공부(12)를 통해 여과된 피처리액을 흡입 또는 가압수단을 통해 압송하여 배출부(300)로 배출한다. 이후 운전 중의 역세시기를 확인하게 되는데, 역세시기는 정유량운전기준 또는 정압운전기준에 의해 정해질 수 있다.

역세단계(S300)는 관형막(100) 중공부(12) 방향으로 3 내지 5 kg/㎤의 압력으로 유체를 주입하여 상기 관형막(100) 표면에 침적된 오염물을 제거한다. 유체가 관형막(100) 내부에서 외부로 유출됨에 따라 막표면 및 막공극에 걸려있던 오염물질이 떨어지게 된다. 이 과정에서 유체가 상기 관형막(100) 내부에 인입된 복수의 충진부재(20)와 충돌하여 저항이 발생한다. 이렇게 발생한 저항으로 인하여 역세과정에서의 유체가 고르게 분산될 수 있기 때문에 부분적인 역세집중현상을 방지하고 관형막(100)의 전체구간을 고르게 역세할 수 있는 효과를 갖는다.

또한 역세단계(S300)에서 막의 클리닝이 필요할 때 역세 집수부에 클리닝 약품을 역세펌프를 이용하여 투입하는 과정을 더 포함할 수 있으며, 이를 통하여 클리닝 시간을 단축시킬 수 있다. 역세단계(S300)에서 상부로 이송된 역세유체는 배출부(300)의 최상단에 벤트배관(320)과 연결되어 배출되고, 이후 다시 여과단계(S100)와 배출단계(S200) 및 역세단계(S300)의 순으로 공정이 반복된다.

앞서 살펴본 바와 같은 본 발명은 피처리액을 정수하기 위한 분리막 모듈을 관형막으로 구성함으로써, 피처리액이 배출되는 관형막의 중공부를 공기 또는 물로 이루어진 압력유체가 역방향으로 분출되는 역세척 유로로 이용할 수 있고, 이로서 관형막 표면에 침적된 오염물은 물론 관형막의 미세기공에 끼어있는 불순물의 미립자까지도 쉽게 제거할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 지지체
11: 기공 12: 중공부
20: 충진부재
21: 관통홀 22: 연결부재
100: 관형막
200: 분리막모듈
300: 배출부 310: 처리수 집수관
320: 벤트배관
400: 역세부 410: 역세 집수관

Claims

외주면에 기공(11)이 형성되고 길이방향으로 상하면이 관통되는 중공부(12)를 포함하는 원통 형상의 지지체(10);
상기 지지체(10)의 내부에 인입되는 복수의 충진부재(20);를 포함하고,
피처리액은 상기 지지체의 외측에서 내측으로 통과하면서 불순물이 여과되고,
역세를 위한 유체가 상기 지지체의 일측으로부터 상기 중공부로 주입되어 상기 지지체에 침적된 오염물을 제거하며,
상기 충진부재는 상기 역세를 위한 유체가 상기 중공부를 통해 이동할 때 저항을 발생시켜 상기 지지체가 고르게 역세되도록 하는 것을 특징으로 하는 관형막(100)
청구항 1에 있어서,
상기 충진부재(20)는 중앙 영역에 상하면이 서로 관통되는 관통홀(21)이 형성되고,
상기 관통홀(21)을 관통 가능하게 형성되고, 상기 복수의 충진부재(10)를 선형으로 연결하는 연결부재(22);를 포함하는 것을 특징으로 하는 관형막(100)
청구항 1에 있어서,
상기 지지체(10)의 내경의 크기는 6 내지 8mm이고, 외경의 크기는 7 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 관형막(100)
청구항 1에 있어서,
상기 충진부재(20)의 소재는 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 활성탄, 이온교환수지, 세라믹볼 중에서 선택된 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 관형막(100)
청구항 1에 있어서,
상기 지지체(10) 및 상기 충진부재(20)는 투입 역세 압력이 3 내지 5 kg/㎤인 환경에서 운전이 가능한 것을 특징으로 하는 관형막(100)
청구항 1에 있어서,
상기 충진부재(20)는 원 형태, 타원 형태 또는 정다면체 형태인 것을 특징으로 하는 관형막(100)
청구항 1 내지 6항 중 어느 한 항에 따른 관형막(100)이 설치되고, 상기 관형막(100)의 기공(11)을 통해 관형막(100) 외부에서 관형막(100) 내부 중공부(12)로 여과되는 피처리액을 통과시켜 배출하는 분리막모듈(200);
상기 피처리액을 집수하는 처리수 집수관(310)을 포함하고, 상기 분리막모듈(200) 상단에 결합되어 상기 여과되는 피처리액을 배출하기 위한 배출부(300); 및
역세용 유체를 집수하는 역세 집수관(410)을 포함하고, 상기 분리막모듈(200) 하단에 결합되어 역세용 유체를 공급하는 역세부(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 관형막 시스템
청구항 1 내지 6항 중 어느 한 항에 따른 관형막(100) 외면에서 내측 방향으로 피처리액이 통과되어 불순물이 여과되는 여과단계(S100);
상기 관형막(100)의 중공부(12)를 통해 여과된 피처리액을 압송하여 배출부(300)로 배출하는 배출단계(S200);
역세부(400)에서 상기 관형막(100)의 중공부(12) 방향으로 3 내지 5 kg/㎤의 압력으로 유체를 주입하여 상기 관형막(100) 표면에 침적된 오염물을 제거하는 역세단계(S300);를 포함하고
상기 역세단계는 상기 유체가 상기 관형막(100) 내부에 인입된 복수의 충진부재(20)와 충돌하여 저항이 발생하는 것을 특징으로 하는 관형막 시스템 운전방법